オシロによるノイズ測定

Question

F社の4CH、100MHzデジタルオシロスコープを使用しています。

アナログ、デジタル混在の装置において
アナログ電圧にデジタル(CPU)のノイズが乗って困っています。

デジタル側でノイズ発生を抑える対策をする・・・以前に、
GNDへオシロのプローブとアース・リードを接続するだけで
オシロ(400nSレンジで)には±200mVぐらいのノイズが乗っています。
CPUを動作停止にするとノイズは激減します。
入力をショートしてGNDへ接続するだけでノイズが乗っていれば
ノイズ対策の効果も正しく評価できないのでは・・・と思います。

社内にはF社のオシロしかありませんので、
他社のオシロではどうなのだろうか？？？ということを知りたいと
思っています。
オシロのフィルター機能を使用すればノイズは減少しますが
実際にノイズが出ているならば見かけ上ノイズを減らしても
意味はありませんし・・・。

他社のオシロをお持ちの方の情報、アドバイスをいただければ
幸いです。

Answer

回答(1)～(3)の対処方法に加えて、次のフェライトコアを使う方法も
併用してみて下さい。

オシロスコープのプローブのケーブルに、参考URLに示すようなフェライト
コアを装着することで、コモンモード雑音を低減できますので、お試しに
なって下さい。プローブのケーブルに余裕があれば、フェライトコアに
ケーブルを2回巻、3回巻すればより効果を強められます。

Answer

まず、コモンモードによる影響を少なくするためにすべてを一枚のアルミ板の上に乗せてください。
それから、プローブのわっか面積が小さくなるように工夫してください。
扱ってるアナログの周波数によってあとは違ってきますが
比較的低い周波数であればもっとレンジを落としたほうがいいです。

Answer

こんにちは。
他社のオシロスコープでもその環境では同じです。
そのノイズはＣＰＵから出ている磁界を
プローブとＧＮＤリードで作るループアンテナで受信しているだけです。
ＦＦＴ変換できるオシロスコープであるならば周波数のピークを探して
対策するなどの方法も考えられます。
なければ、ループアンテナを作った状態でノイズ対策を試みて
レベルが極端に減る方法を探るとかですかね。
しかし、基板が完成した後にノイズ対策を行うのはかなり大変です。
がんばってください。
１００ＭＨｚのオシロスコープなので、それほど高速信号などは見ない
と思うのですが、きれいな信号を見たい場合などは、なるべくＧＮＤリード
は短くするのが良いですよ。プローブ先端のＧＮＤにＧＮＤになりうる
ピンを直結するなど。なるべく大きいループを作らないようにするのが
きれいな信号を捕まえるコツです。

ノイズ測定が難しいとの事ですが、ループアンテナにて受信している波形はノイズ
成分で、今まさに測定している状態です。
±２００ｍＶの不要輻射が発生していると言うことです。
基板からの距離や場所、ループの方向などでもレベルが変わるはずです。
その波形を基に、レベルが最大になるところが発生源となります。
ＦＦＴ機能があれば、ピークの周波数もわかります。信号周波数の高調波
が問題なのか、信号周波数そのものの不要輻射が影響しているのかなどの
分析も可能です。
ノイズ対策をきちんと行っていない基板ではそのぐらいのレベルのノイズは珍しくありません。
私が新人の頃、何も考えずに作った基板から数十Ｖと言うノイズが出ていたことがありました。
使用している電圧レベルも数百Ｖというものでしたが。
ノイズモードはいろいろなことが考えられますが、今の現象は回路に電流が流れる
ことによる自己誘導（相互誘導による相手への影響）による不要輻射ではないでしょうか。
磁気結合、静電結合双方が考えられますので、その対策をすると良いかと思います。
配線のインピーダンス不整合や、リターンなどの見直しをお勧めします。
静電シールドは比較的対策はやりやすいので、まずはそこからやって見るのが
良いかもしれません。
磁気シールドはその状態では若干難しいかも知れません。
がんばってください。

Answer

他社のオシロというより測定の仕方でしょう。
マルチチャンネルでGND電位に電位差が生じているのでは？
T社オシロでもハイインピーダンスプローブで
何も考えず測定すればそうなると思います。

プローブのGNDのワニ口などは使わずプローブの先端に出ている
GND端子に接続する測定治具を半田付けして計測したり
GNDターミナル端子に太いメッシュ銅線などで
DUTの測定基準となるGND電位を接続して見てください。
かなり低減されると思います。

オシロによるノイズ測定方法と対策