ステッピングモーターのケーブルを揺さぶるとアナログ回路にノイズが発生し

質問

ステッピングモーターのケーブルを揺さぶるとアナログ回路にノイズが発生します。
オペアンプを使ったアンプ回路にノイズがのって困っています。
近くのステッピングモーターのケーブルを動かすだけでノイズが発生しました。

回路内部にはローパスフィルタを入れて周波数による分離、
ハーネス部分にはシールド線にフェライトコア使った対策をとっていますが、
それでもノイズをカットしきれませんでした。
どうやら基板の配線が直接影響を受けているみたいです。

回路はユニバーサルで組んだ物をアルミのシャーシに入れただけで蓋はしていません。
ノイズを完全にカットするにはやはり回路を完全にシールドする必要があるのでしょうか。
どなたか有効な対策方法をお教え下さい。
よろしくお願いします。

回答No.5

caceres · ベストアンサー

>ノイズの周波数は12kHzから25kHzくらいでした。
>角が生えたような形であったり、急峻な減衰後に立ち上がっています。
モーターを取り付けなくとも見ることがあるようですので
励時コイル関連の可能性は除けるわけですね。
どこかオープンな部分の影響もないとするとスイッチングノイズのような
感じもしますが電源は何をお使いでしょうか。
モーターまでのケーブルが数メートルだったりそれをそのままブラリのままでしたら
当然とも言えますが。

電源単体と別な回路で電流を流した場合はどうなんでしょうね。
バッテリー駆動が可能ならそのような安定電源を用いるのも一つの方法かと考えます。

それと12～25KHzの範囲をベターっとであればLC発振の様にも見えます。
ただ波高がmVレベルは問題ないかなとも思いますし、オシロのプローブの使い方
次第かも知れません。
プローブのGNDを測定部の出来るだけ近いところにした方がよいですが
逆にオシロのGNDを電源から取ってみたりでその違いから検証するとか。

そもそもアナログ部が絶縁されているのですからプローブのGNDは
アナロググランドにしなければいけないですけど
絶縁状況やグランド周りの回路、プローブの扱いが判らないので
一つのポイントとして捉えて下さい。

どうしても納得がいかないような場合は
私でしたら図面と回路チェックから確認という作業を考えます。
ユニバーサル基板ならICを交換や抜いてチェックも容易と思われます。

基板配線全てをアナログテスターのx1オームで導通チェックで確実に図面の
ネットリストにあたる配線を狭窄部や両隣ピンとのショートを確認しながらマークして
潰していきます。
その後、オシロで設計通りの信号になっているか電源から順に潰していきます。

面倒ですが結構早道かもしれませんので色々試してみてはいかがでしょう。

お礼

ご助言ありがとうございました。
今回はたまたま横にモーターがあっただけだったので
ノイズ発生源より被害者側(回路内)での対策をとりました。
いただいた助言は今後の参考にいたします。

回答No.4

caceres

もちろんオシロスコープで見ているものと想定しますが
ノイズの周波数はいかがなものでしょうか。

一般的にはケーブルを動かしたり人が近づいて変化するような信号は
どこかでオープンのようになっている、つまり高インピーダンスか
断線しているということなるでしょう。

オペアンプの入出力回路か配線経路をチェックするか、使っていない
入力がオープンな回路の存在がないか気になります。
未使用でそのまま配線していない足がありませんか？

ステッピングモーターのノイズなら励磁の周波数やスイッチング周期と
同期しているはずですがノイズ周波数が50か60Hzでしたら電源系か
オープンな部分がありそうです。

アナログ部分がどのような目的のものかわかりませんが
デジタル系との分離はしっかり出来ているとの前提で書きますが
ノイズ周波数を測定してその周波数で動作している可能性のある部分を
さがせばおよそ見当がつくと思います。

ノイズを出さないようにするのか、防ぐようにするのか或いは両方なのか
「どこで何が起きている」の見極めが必要です。

補足

ご回答ありがとうございます。
返信が遅れて申し訳ありません。

>ノイズの周波数はいかがなものでしょうか
ノイズの周波数は12kHzから25kHzくらいでした。
角が生えたような形であったり、急峻な減衰後に立ち上がっています。

>未使用でそのまま配線していない足がありませんか？
オペアンプはクワッドタイプですが４回路とも使用しているためオープンにはなっていません。

>デジタル系との分離はしっかり出来ているとの前提で書きますが
デジタル回路とアナログ回路とは分離させてフォトカプラで接続しています。

ご指摘の通りノイズ周波数から犯人を特定していきたいと思います。

回答No.3

正親町（@Ohgimachi）

>どうやら基板の配線が直接影響を受けているみたいです。

コネクタに接触不良がありそうです。AMP等の自作コネクタの場合はコネクタのかみ合わせ、コネクタのハンダなどをチェックされてはいかがでしょうか？、

お礼

ご回答ありがとうございます。
もう一度ハンダとコネクタをチェックしてみます。

回答No.2

tance

対象が少し見えてきましたね。ケーブルが静止した状態で、周りで動く（多分
振動）とノイズが乗るということは、どこかの信号がそのまま乗っているのでは
ない可能性が大きいです。

ノイズが再現性よく乗るのであれば、どこを振動させると乗るのかが
わかると思います。つまり、ノイズが乗るための条件を絞り込む訳です。
モータケーブルには関係ないかもしれません。

モータの回路とはAC電源以外全くつながっていないとのことですが、
モータの電源をOFFしているときでもノイズは乗るのでしょうか。

振動はアナログ回路には加わらないのでしょうか。
アナログ回路にもいろいろありますが、同軸ケーブルを使っていて、
ケーブルに直流が充電された状態で使う物で、アンプ等の入力抵抗が
高い場合は、ケーブルがマイクロフォンのようになることがあります。

この場合は、ケーブルに直流を与えないような対策が効きます。

いずれにしても、ノイズが出る最低限の条件を見つけてください。
これとこれだけあればノイズが乗る、という条件です。そこまで
明確になれば解決は近いと思います。

お礼

ご回答ありがとうございました。
助言通り最低限ノイズが発生する条件と場所を見つけて対策をしました。
頂いた助言は今後の参考にさせてもらいます。

回答No.1

tance

ノイズの問題は大変広い範囲の現象が影響するので、簡単に状況を聞いた
だけでは判断ができません。ただ、ケーブルを動かすとノイズが乗るという
ところに着目してみると、少しヒントが見えてくるかもしれません。

ケーブルの位置ではなく、「動くとノイズが乗る」ということでしょうか。
それともノイズが乗る位置と乗らない位置があるのでしょうか。
前者なら、GNDか何かの接触状態をチェックする必要があります。
ケーブルを動かすことによってシールド線の外皮がケース等に触ったり
離れたりして、GNDリターン電流の経路が変化する、なんていうことが
起きているなら、ノイズになり得ます。

もし、ケーブルが静止していてもノイズが乗る位置（場所）があるとすると
これは電磁的なノイズの可能性が高いです。ステッピングモータを
外してもノイズが乗るのか、外せば乗らないのかで電圧性のノイズか
電流性のノイズかを区別できます。

乗っているノイズの波形はステッピングモータの駆動タイミングに同期した
ノイズなのでしょうか。これも大きなヒントになります。

ノイズ問題は複雑で、「密閉ケースに入れれば万事OK」と言ったような
特効薬はありません。シールドが効かず、配線順が効くなんていうことも
よくあります。多くの現象を理屈で理解してそれらを組み合わせて
対策するのが一番良い方法です。（単なる経験は百害あって一利無し）
それには、現状の把握が第1です。

どこから拾っているのか。
何を拾っているのか。
何故拾うのか。
これらが明確に解るための実験をする必要があると思います。（上記の
ようにモータを外してみるとか）

補足

ご回答ありがとうございます。

すみません、少し訂正をしますと。
ケーブルは静止した状態でその近辺を人が動いたり跳ねたりするとノイズが乗ります。
モーターをはずした状態でもノイズが乗るのでパルス駆動によるノイズではないようです。
モーターの回路とは電源ＡＣ１００Ｖ意外は直接繋がっていません。
これは電磁的ノイズの可能性が高いのでしょうか。