コモンモードフィルタ

メモ

シャープのBlu-ray Discレコーダが発表された。コモンモードフィルターによってHDMI信号波形を最適化し、エラー発生を極限にまで抑えてHDMI端子から高品位な信号を出力するらしい。と言われても何の事なのかよく分からんかったので調べてみた。
http://www.sharp.co.jp/corporate/news/070926-a-2.html
http://www.watch.impress.co.jp/av/docs/20070926/sharp1.htm


コモンモードとは

信号（ノイズ）の伝わり方には2種類ある

  • ノーマルモード（デファレンシャルモードともいう）
    • 機器の入力端子には電極が2つあって、片方は信号ライン、もう片方はシグナルグラウンドになってる
    • 信号ラインを通って、シグナルグラウンドで戻ってくる
    • 通常の信号はこれ
  • コモンモード
    • 信号ラインとシグナルグラウンド両方に同じ向きに流れる
    • 床や地面などを伝わって大きなループで戻ってくる
    • 信号ラインとシグナルグラウンド両方に乗るノイズ

コモンモードノイズとは

  • コモンモードで伝わるノイズ
  • 信号ラインと金属フレーム（シャーシ）の浮遊容量などを通じて進入する
  • ケーブルに外部からの輻射（電磁波？）が当たって発生したりする
  • 床や地面などを伝わって大きなループで戻ってくるので、離れた別の機器にもノイズを起こす
  • 通常は電子回路に影響しない。信号ラインとシグナルグラウンド間の電位差は変わらないから。でも現実にはコモンモードノイズの影響を受けてしまう。配線系のインピーダンスのアンバランスによって生じ、高周波ほど影響が大きい

コモンモードフィルタとは

コモンモードのノイズを除去するフィルタ

  • 信号ラインとシグナルグラウンドが同じコアに同じ向きで巻かれたコイルでできた電子部品
  • ノーマルモードの信号は磁束が打ち消しあうので、スムーズに流れる
  • コモンモードのノイズは磁束が強めあうのでインピーダンスが高くなり、流れにくくなる
  • 結果として信号は素通りでコモンモードノイズは弱められる

第9回 信号とノイズを選り分けるコモンモードフィルタの離れ｜なるほどノイズ(EMC)入門｜TDK Techno Magazine
http://www.orixrentec.co.jp/tmsite/know/know_comm.html
コモンモードノイズ ガイド |Common Mode Noise Guide | RS | 半導体・電子部品の通販 RSオンライン
コモン・モード - Wikipedia


HDMIとコモンモードノイズの関係

  • HDMIは差動信号なので、通常はケーブルからの輻射が少ない。差動信号は流れる電流の向きが逆の2本のケーブルのペアを使う。この場合、信号によってそれぞれのケーブルに発生する磁界がお互い弱めあうため、外部へのノイズの輻射が少ない。
  • が、コモンモードノイズが生じると、ケーブルのペアに同じ向きに電流が流れ、発生する磁界がお互い強めあうので強い輻射が発生する。
  • コモンモードフィルタを入れると、ケーブルのペアに流れるコモン電流が弱められるので、発生する磁界が強めあうのを防ぐ事ができ、輻射が少なくなる

　↓

  • コモンモードフィルタはHDMIケーブルから外に出るノイズを抑えるために使う？
  • とすると、画質向上とは関係ない気がする

http://www.murata.co.jp/articles/ta0651.html

差動信号とコモンモードノイズの関係

HDMI同様に差動信号を使うLVDSについての説明では、以下のようになっている
http://www.national.com/JPN/appinfo/lvds/0,1798,100,00.html

  • 差動データ伝送方式はシングルエンド方式に比べてコモンモードノイズの影響を受けにくい
  • ツイストペアだと外部からの放射ノイズがコモンモードになる
  • コモンモードノイズはLVDSレシーバで除去可能

つまり、差動信号はそもそもコモンモードノイズに強い。HDMIも差動信号なので、コモンモードフィルタは必要ないのでは？
↓

  • たぶん差動信号がコモンモードノイズに強いというのは「理想的には」の話
  • 受け側がちゃんとインピーダンスのバランス取ってればコモンモードフィルタは要らない
  • 受け側がインピーダンスの整合が取れてない場合はコモンモードノイズが受け側に進入して信号に混じる
  • 実際は回路の入力インピーダンスがアンバランスになっていることのほうが多い。そのためコモンモードフィルタなしではコモンモードノイズが除去しきれない
  • 差動信号でも要らないことはない。受け側として何がつながるか分からないし、あって損はない。

HDMIはデジタル信号なのにノイズ対策する意味あるのか？

  • ノイズを輻射させないという意味ではあり
  • 信号に対しては、ビットが反転するほどの強いノイズがのってない限りは、あんまり意味ない
  • ただ、ケーブルが長い場合などは信号波形がなまってノイズの影響を受けやすくなる、かも。
  • HDMIは高周波だし、波形のなまりには弱かろう。場合によってはノイズが入ってしまうのかも。

まとめ

HDMIはそもそもコモンモードノイズに強いのだが、受け側の機器や設置環境によってはコモンモードノイズが発生する事がある。なので、コモンモードフィルタを使うと受け側の機器が何であれ、ノイズの少ない信号を送る事ができる。また、発生したコモンモードノイズが輻射として外部に出て行く事も防ぐことができる。
ただ、デジタル信号なのでそれほどノイズに弱いわけではなく、よほど悪い状況でないとコモンモードフィルタの効果の恩恵がないのでは？という気がする。
どちらかというと、外部にノイズを出さないため、というのがHDMIにコモンモードフィルタを使う主な目的かと思われる。他社のレコーダにはこういうものはついてないんだろうか？ ノイズ輻射対策ならどのメーカーのレコーダにもやってそうな気はするが。