背景


　電子テストおよび測定の領域において、電気信号を正確に捕捉することは成功の鍵です。しかし、実際のシナリオは複雑で変動が激しく、信号は伝送中にさまざまな干渉を受けることが避けられません。この記事では、コモンモード信号とディファレンシャルモード信号の違い、および**共モード除去比（CMRR）**の重要性について探求します。これらの概念を説明し、MicsigのSigOFIT光アイソレーションプローブがGaNハーフブリッジ回路の測定において、比類のないコモンモード除去能力をどのように発揮するかを実例を通じて示します。また、コモンモード干渉の発生源と、高いCMRR値を持つプローブがこれらの干渉を効果的に抑制し、信号対雑音比（SN比）と測定精度を向上させる方法についても解説します。


コモンモード信号とディファレンシャルモード信号

　MicsigのSigOFIT光アイソレーションプローブは、差動プローブに比べて多くの利点がありますが、その中でも最も重要なのは比類のないコモンモード除去能力です。では、強力なコモンモード除去能力はどのように役立つのでしょうか？電子工学において、信号は基本的に2つのモードに分けられます：コモンモードとディファレンシャルモードです。これら2つのモードは、信号伝送と干渉処理を理解する上で重要であり、特に信号の整合性とノイズ抑制に関連する分野で重要です。疑問を抱きながら、まずコモンモード信号とディファレンシャルモード信号とは何かを確認しましょう。


         


コモンモード信号とは

　コモンモード信号とは、2つの信号線が基準点（通常はグラウンド）に対して同じ振幅と位相を持つ信号成分を指します。簡単に言えば、コモンモード信号は、2つの信号線が共通の基準点に対して共通して変化する部分です。

 

ディファレンシャルモード信号とは

　ディファレンシャルモード信号とは、2つの信号線間の電圧差、つまり2つの線間の相対的な変化を指します。これは実際に伝送される有効な信号成分であり、信号線間の情報伝達を表します。

   

 

 

共モード除去比（CMRR）について

　プローブのCMRRは、差動信号に対する電圧プローブの増幅能力と、コモンモード信号（干渉信号）に対する抑制能力を示す重要なパラメータです。理想的な状況では、増幅回路は差動信号（つまり、2つの入力端間の信号差）のみを増幅し、コモンモード信号（つまり、両入力端に同じ信号）に対して完全に無感覚であるべきです。CMRR値が大きいほど、回路のコモンモード信号に対する抑制能力が強く、通常、回路の性能が向上します。
　CMRRは通常、dB単位で表され、その計算式は以下の通りです：

   



　もしプローブデバイスの差動信号に対する増幅率が1000（30 dB）で、コモンモード信号に対する増幅率が1（0 dB）の場合、CMRRは以下のようになります：

   

 

　CMRR値が大きいほど、プローブのコモンモード信号に対する増幅率が小さくなり、コモンモード干渉に対する抑制能力が強くなります。電子測定および信号処理において、高いCMRRはSN比を向上させ、測定結果に対する干渉の影響を軽減するのに役立ちます。


GaNハーフブリッジ回路の分析

　GaNハーフブリッジ回路の上段Vgs測定を例に挙げます。上段Vgs駆動信号はディファレンシャルモード信号であり、下段Vdsはコモンモード信号です。

　GaNハーフブリッジ回路では、特に上段トランジスタのゲート-ソース電圧（Vgs）を測定する際、コモンモード干渉が一般的な問題です。この干渉はさまざまな源から発生し、測定結果に悪影響を及ぼす可能性があります。

　GaNハーフブリッジ回路では、スイッチング時の過渡電圧が非常に高く、特に高速スイッチング操作中に顕著です。上段と下段のトランジスタが交互に導通する際、スイッチングプロセス中の急速な電圧変化により、ゲート-ソース間に高周波コモンモード電圧が発生します。また、急速なスイッチング変化により、ハーフブリッジ回路周囲に強い電磁界が発生し、近くの導体にコモンモード電圧を誘導する可能性があります。スイッチング瞬間には、電磁放射がゲート-ソースループに結合し、コモンモード干渉を形成する可能性があります。

   



測定機器が引き起こすコモンモード干渉

　高速スイッチングアプリケーションでは、長い導体が周囲の電磁界エネルギーをアンテナのように収集し、コモンモード電圧を生成する可能性があります。測定プローブの入力容量と入力抵抗は、回路と電圧分割ネットワークを形成し、コモンモード干渉を引き起こす可能性があります。差動プローブにはこれらの問題がある一方、Micsigの光アイソレーションプローブは、極めて短いリード線と非常に低い入力容量を持つMMCXまたはMCXコネクタを使用することで、これらの問題を回避できます。

　このような大量のコモンモード干渉は、信号測定の結果に深刻な影響を及ぼします。そのため、テストプローブはコモンモード干渉を強力に抑制する能力を持っている必要があります。CMRRが大きいほど、コモンモードノイズを抑制する能力が強くなります。例えば、GaN回路のテストにおいて、コモンモード信号電圧が500V、dv/dt=250V/nsの場合、CMRR=60dBの場合、プローブは500mVのコモンモード干渉を差動信号に重畳しますが、これは明らかに差動信号に影響を与えます。CMRR=80dBの場合、プローブは50mVのコモンモード干渉を重畳しますが、これも差動信号にとって無視できません。CMRR=100dBの場合、プローブはわずか5mVのコモンモード干渉を残し、これは差動信号にとって完全に無視できます。

   

 

　MicsigのSigOFIT光アイソレーションプローブは、CMRRが180dBと非常に高く、1GHzの周波数帯域でも100dB以上のCMRRを維持します。これにより、高周波コモンモードノイズによる振動をほぼ完璧に抑制し、余分な成分を含まない信号を提供します。これは、第三世代半導体のテストにおいて最適な選択肢です。さらに、高速信号伝送において、信号線のインピーダンスが一致しない場合、信号反射が発生し、コモンモード電圧を生成する可能性があります。MicsigのSigOFIT光アイソレーションプローブは50Ωインピーダンスを採用しており、信号反射を最小限に抑え、より優れた信号整合性を提供します。

 

まとめ

　上記の記事を通じて、コモンモードとディファレンシャルモードの違い、およびコモンモード干渉の原因について学びました。同時に、MicsigのSigOFIT光アイソレーションプローブは超高い共モード除去比を備えており、コモンモードノイズをより効果的に抑制し、信号の整合性を確保します。これにより、信号の真の姿を確認し、SiC/GaNパワーデバイスなどの高電圧・高周波の挑戦的なシナリオにおけるゲート電圧駆動の測定を支援します。購入やサンプルリクエストのご要望がございましたら、お気軽にお問い合わせください。


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