同軸伝送線の外側を伝わるノイズを除去することは可能ですか？

受信機とアンテナの間に普通の同軸があるとしましょう。その同軸には3つの電流があります。

1. 希望する信号
2. シールド内部の反対の電流と正確に等しい（実際、目的の信号も）
3. シールドの外側のノイズ

これが平衡伝送ライン（同軸ではない）である場合、導体のペアを差動増幅器に接続すると、コモンモード電圧が除去されます。コモンモード電流がコモンモード電圧のみを生成するように、各側のインピーダンスが等しいことを確認します。そのため、コモンモード電圧除去差動アンプは、コモンモード電流も効果的に除去します。

ただし、これは普通の同軸ケーブルであり、中心導体は1つだけです。シールドと中心導体のインピーダンスは等しくありません。信号はシールドによって同軸内に閉じ込められますが、同軸が受信機回路に入るときにこの電流の分離を維持できますか？言い換えると、ノイズ電流の影響を受けない受信回路のリファレンスを提供するにはどうすればよいですか（3）？または、それは不可能ですか？

同軸ケーブル、または複数のシールドを備えた他のタイプの同軸ケーブルなどの代替案については尋ねないことに注意してください。不完全なシールドなどによって同軸ケーブルに導入される非理想的なノイズについてもあまり心配しません。懸念の状況は、同軸ケーブルで受信機に接続されたアンテナがあり、同軸ケーブルシールドからの信号ではなく、アンテナからの信号を受信したいことです（かなり良いモノポールアンテナを作ることもできます）。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

信号の純度が重要な一部のアプリケーションでは、二重シールド同軸（または三重）が使用されます。内部シールドは、中心導体と同じ信号を伝送します。これにより、静電容量が劇的に小さくなり、外部シールドが接地されます。本質的に、これは、高い同相ノイズ除去を備えた受信機でのシングルエンド信号への差動を提供します。追加のシールドは、放射ノイズを劇的に減らすのにも役立ちます。

シングルシールドシステムでは、シールドのノイズはEMIフィルタによって抑制されます。これは、グラウンドまたはコモンモードチョークと直列に接続された単なるフェライトビーズである場合があります。目的の周波数とノイズの種類によって、最適なソリューションは異なります。システムに損害を与える可能性のある周波数を除外することについて心配するだけでお金と時間を費やす必要があることを忘れないでください。

murataの良いイラストをいくつか紹介します。また、シールド同軸ノイズの発生源/タイプおよびさまざまな同軸シールドソリューションに関するストームケーブルからの議論。

編集：マルチシールド同軸システムがどのように機能するかを明確にする時間があります。 まず、EMIと、EMIに対する設計の感度を理解する必要があることを強調する必要があります。結合パスとコンポーネントのパフォーマンスを完全にモデル化することは不可能であるため、多くの場合、これは実際の設計をテストすることによってのみ実行できます。そのため、解決策を見つける過程で、幅広い質問に対する幅広い回答を提供しています。

中心信号は、複数の外部シールドによるコモンモードおよび非コモンモードのノイズフィルタリングの恩恵を受けます。同軸ケーブルを使用したことがある人なら誰でも、完全なシールドではなく、常に漏れていることを知っています。マルチシールドソリューションは、コモンモードEMIと非コモンモードEMIの両方を適切にバランスさせます（アプリケーションに対して適切に終端されている場合）。差動受信を追加すると、Andy Akaが尋ねる非コモンモード拒否が少し失われますが、よりコモンモードフィルタリングが提供されます。

では、ノイズの多いバージョンの信号とよりクリーンなバージョンを組み合わせるとどうなりますか？これは、非コモンモードノイズの場合です。マルチシールドシステムでは、シールドが追加されているため、非コモンモードノイズははるかに少なくなります。だから、ノイズのアンディは問題が少ないことに興味があります。ただし、システムがこの非コモンモード干渉源に非常に敏感な場合、差動信号を使用すると事態が悪化します。この場合、外部グランド信号のフィルタリングされたバージョンを参照する非差動信号を使用し、内部シールド信号を中心導体のインピーダンス負荷に厳密に一致する終端負荷に配置することが最善です。これは、追加のコモンモードノイズ除去によってデザインがそれ以上の恩恵を受けないことを前提としています。

コメントで言及している差動信号を使用することにより追加されたノイズ低減は、コモンモードノイズ除去です。中心導体と内部シールドは平衡線として機能します。ラインはグランドと同様のインピーダンスを持っているため（理想的には同じですが、同軸システムではそれが困難です）、干渉フィールドまたは電流が両方のワイヤに同じ電圧を誘導します。レシーバはワイヤ間の差にのみ応答するため、誘導ノイズ電圧の影響を受けません。

EMIは複雑なテーマであり、インターネットには騒々しい意見がたくさんあります。ノイズとその影響およびそれらのフィルタリングの詳細については、私が提供した両方のリンクが、実際のEMIトラブルシューティングに基づく優れたリソースです。

EDIT＃2（Philとのチャットディスカッションの後のより具体的な回答です）：このアナログ低電力アプリケーションで、Philは、-55dBmから-110dBmのダイナミックレンジで、指定なしでサンプリングする50 MHz ADCを持っていることを示しています先行するローパスフィルター。FFTを実行すると、アンテナのヌルスポットにある方向からノイズ源が来るのがわかります。これは同軸からピックアップする必要があるという仮定ですが、ヌルスポットでも信号を受信するため、設計の内部またはアンテナ自体を含む外部の他のソースからも可能です。したがって、この時点での懸念は、厳密に帯域内ノイズ源です。彼はこれらのソースを系統的に見つける必要があります：

1. アンテナをシールド付き50オーム負荷に交換します。スプリアスレベルに注意してください。
2. ADCにシールドされた50オームの負荷をかけるケーブルを外します。スプリアスレベルに注意してください。
3. アンテナの場所で50オームの負荷でケーブルを再び取り付けます。この周波数帯域のMaterial 31特性を持つフェライトをRX側に追加します。レベルが＃2で測定したレベルに近づくまで、追加を続けます（5または6が必要になる場合があります）。
4. アンテナを接続します。レベルの増加に注意してください。これは、受信機フィルター（この場合はデジタル）が拒否する必要があるものです。

ダイナミックレンジに注意してください。単一の信号が-55dBmよりも高い場合、小さい信号を増幅しようとすると、AGCアンプによって混合される他の周波数でスプリアスノイズのように見えるものが生成される可能性があります。

＃2で許容できない高ノイズが明らかになった場合、このノイズ源を分離する必要があります。それは、電源、PCBへの内部ノイズ源、または部屋の中で拾われている可能性があります。ソースによっては、シールド、ソフトフェライトシート、フェライトビーズがここでの解決策になる場合があります。

＃3で改善が見られない場合は、ケーブルに沿ってフェライトの位置を変えてみてください。

フェライトビーズをPCBに設計して、目的の周波数で同軸とPCBのグランドを分離することもできます。これにより、通過帯域での反射によるわずかな電力損失が発生しますが、ノイズの低減は電力損失を補償する以上のものです。上記のmurattaリンクには、ノイズ抑制のためのPCBフェライトの使用に関する多くの議論があります。

時々、簡単な実験として、シールドの接地接続を切断する特別に作られた同軸バレルを挿入します。これは、中心ピンがはんだ付けされた、わずか2つのメス同軸コネクタです。電力損失といくらかの漏れが発生しますが、シールドパスに問題があるかどうかがすぐにわかります。

この帯域での測定に関する注意。 行き来する過渡的なノイズ源はたくさんあります。テスト中に髪が抜けないようにするには、FFTにMAX HOLD機能を使用します。このFFT最大ホールドを20〜30秒間実行します。トランジェントが発生する場所と、すべてを確認するために最大ホールドを実行する必要がある時間を記録します。ノイズソースがオフになって結果を混乱させる時間がないように、できる限り高速でテストを実行してください。これらの過渡現象は、時間、周波数、電力が変化することを忘れないでください。そのため、それらを注意深く監視して、発生源を理解してください。

FFTは、入力帯域幅とサンプルレートに基づいて解像度が制限されます。互いに近く、異なるソースからの2つの異なるスプリアスは、1つの信号のように見えます。同じ周波数の複数のトランジェントを分離するのが難しい場合があります。-55dBmで8Mhzの内部ノイズがあり、-60dBmでトップ全体に放射トランジェントが広がります。フェライトで放射源を除去し、なぜそこに8Mhzのノイズが残っているのか疑問に思って、フェライトが機能しなかったと思うかもしれません。それはトリッキーな時間のかかるビジネスです。

FFTを使用したこのセットアップに関するもう1つの注意点。物理ローパスフィルターは1つしかないため、FFTを使用して-90dBmで10Mhzのスプリアスを拡大することはできませんが、23Mhzで他のより強力なスプリアス/信号があります。おそらくADCのダイナミックレンジに違反し、誤ったスプリアスノイズを生成します。スペクトルアナライザーには、これを防ぐためのさまざまなスイッチドフィルターがあり、画面に表示されるのは測定のダイナミックレンジです。