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解決済みの質問

プルアップ/プルダウン抵抗値が大きい場合のノイズ

電子回路初学者です。
質問させて頂きます。

プルアップ/プルダウン抵抗は、値が大きいと微弱な電流しか流れないため、ノイズの影響を受けやすくなると目にします。抵抗値が大きいと、微弱な電流の変化でも電圧降下に大きな影響を与えるため、「ノイズの影響を受けやすい」と私は理解しています。

そこで2点質問があります。

1点目
ノイズとは、電圧が振れるイメージを持っているのですが、電流もノイズによって振れるのでしょうか。ノイズが発生することによって、影響を受けるのはどちらなのでしょうか。

2点目
電流がノイズによって振れることを前提に質問させて頂きます。
「ノイズの影響を受けやすい」とは、電流そのもののノイズ感受性のような特性のことなのでは?と悩んでいるのですが、正しいでしょうか。電流の値によって、ノイズが発生する確率に違いがあるイメージです。例えば、電流が微弱だと、電流値に数%の無視できない振れ幅が生じるが、電流が大きいと、振れは見られない・・・のようなイメージです。


電子回路の視点/物理の視点、どちらでも結構ですので、どうぞよろしくお願い致します。

投稿日時 - 2014-01-24 01:31:18

QNo.8443916

すぐに回答ほしいです

質問者が選んだベストアンサー

こんにちは。

質問者さんは、ノイズを不思議なものとお考えの様な気がしますが、一旦回路上に流れてしまったノイズに関しては、普通の回路電流と同じ、キルヒホッフの法則(I、II)と重ね合わせの理が適用されます。
(実は空間を伝播している電磁波に関しても、この法則がマックスウェルの法則で説明されるとのことですが、私には理解できていません)

したがってご質問の1点目も2点目も、ノイズが載っている回路(端子)は、普通の回路電流とノイズ電流が重畳されていると考えます。
きわめて簡単に言うと、本来の回路電流とノイズ電流の比で影響度合いが決定されます。

質問者さんの言うとおり、本来の回路電流との「比」で決まるものですが、回路電流の絶対値ではありません。
高インピーダンスの回路は、本来の回路電流が小さいのが普通ですから、(誘導あるいは結合された)わずかなノイズ電流との比が大きくなり、「ノイズの影響を受けやすい」と表現される場合があります。

又、「ノイズが発生する確率に違いが、、、」の表現は、どういう場合を想定しているのか、私には理解出来ませんでした。
インピーダンスの低い回路との「ノイズの受けやすさ」の比較表現なら、「確率」ではなくて「比率」だと思います。

参考URLをご覧ください。

参考URL:http://www.jeea.or.jp/course/contents/01301/

投稿日時 - 2014-01-24 14:35:53

お礼

回答ありがとうございます。
>(誘導あるいは結合された)わずかなノイズ電流との比が大きくなり、「ノイズの影響を受けやすい」と表現される場合があります。

そうなのですね、疑問がクリアになりました。また電流の重畳についても勉強させて頂きます。

投稿日時 - 2014-01-29 23:32:41

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回答(6)

ANo.6

一点だけ

ジョンソンナイキストの式
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E9%9B%91%E9%9F%B3
により、抵抗値が大きいと電圧ノイズが大きくなります。

これは、電子が流れる際に、電界による加速の他に原子に衝突し散乱される項を入れたドルーデモデル
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B0%97%E4%BC%9D%E5%B0%8E (電気伝導の荷電粒子モデル項 参照)
によって、電子の衝突と加速が繰り返されます。これがノイズに起因しています。
抵抗が大きいと衝突と加速のスパンが短くなり、ノイズとしては大きくなります。

以上は抵抗内部でのノイズです。

これに、電磁波などで外乱が生じたとします。電子は導体中を移動しやすいですが、高抵抗体の中は電子が移動しにくいです。
すると、高抵抗体からICまでの間の導体で電荷の分極が生じた状態になります。
これが緩和されて電子の移動が起こるとノイズになります。

つまり、電磁波によるノイズに弱くなります。

投稿日時 - 2014-01-25 02:51:14

お礼

回答ありがとうございます。
当方、物理出身で回路を勉強しています。物理の視点からの解説、非常に参考になりました。

投稿日時 - 2014-01-29 23:51:09

ANo.5

ロジック素子の場合はノイズが問題になるのは電圧の絶対値です
普通のTTLレベルならTTLの閾値未満のノイズなら問題になりません
http://ja.wikipedia.org/wiki/Transistor-transistor_logic
Lowレベルである時に( 0.8V以下)2.0V以上のノイズ電圧が掛かって論理が反転します
もしくはHiレベルであるときにLowレベルまで下げるマイナス電圧ノイズ

そして確率
2V以上の高レベルノイズの発生確率です
常にそんなに高レベルのノイズに曝されている環境は普通では珍しい
でも大きな工場等で100kwを超えるようなモータの付近では普通に存在する
では1kw程度ならそんな高ノイズは発生しないのか?

ここに確率論が入ってくる
オシロスコープで24時間の長時間ロガーしたとする
http://www.yokogawa.com/jp-ymi/tm/Bu/DL850E/dl850E_toku2.htm
24時間で一発の異常波形検出 
つまり、24時間に一回の確率で高レベルノイズの発生を観測
このような事例は少ないが、それほど珍しくもない

そのような特殊事例でなく普通の人体から出る所謂ESD
http://ednjapan.com/edn/articles/1202/14/news078.html
http://ednjapan.com/edn/articles/0702/01/news113.html
これなんか確率ですね
1、ロジックレベルを反転できない小さなノイズ
2、ロジックレベルを反転できる大きさのノイズ
3、ロジック素子を破壊できる巨大ノイズ
どのレベルかは確率

↓のようなノイズなら観測も対策も比較的簡単
http://ednjapan.com/edn/articles/0812/01/news136_3.html
存在するなら100%の確率で観測できる

問題なのは確率的に観測困難なノイズ
この場合の常套句
「想定外の大ノイズが侵入したと推定される」

1年に一発しか発生しない巨大ノイズも存在する

投稿日時 - 2014-01-24 22:59:04

お礼

回答ありがとうございます。

また、参考URLを交えての解説ありがとうございます。ノイズの発生確率には非常に興味がありました。お恥ずかしい話ですがESDは初めて聞きまして、大変勉強になりました。ノイズの発生確率に回路構成はどの程度影響するのか、興味がわきましたので勉強したいと思います。

投稿日時 - 2014-01-29 23:42:25

ANo.4

雑音には内部発生と外部誘来に分けられると思います。
内部発生とは、他信号の帰線電流が流れ込む場合で、アースまわりが貧弱な場合に起こります。
外部誘来とは飛び散る電磁波による誘起電流によるもので、その周波数に対するインピーダンスが共振すると大きくなります。
その他に、絶対的に避け得ない熱雑音があり、これは自らが発生するものです。
ノイズの根源は、熱雑音以外は電流でしょう。
電流が回り込むか誘起されるかによって電圧分として観測しやすい、と言うことだと思います。
電流が微弱だとノイズを受けやすい、と言うのではなく、その回路の物理構成が誘起を受けやすいか否かであって、結果としてはその誘起電流値(ノイズ)と回路電流値の比較になると思います。

一般的に、プルアップ/ダウンの抵抗値は、アクティブ/ノンアクティブにおける電流変化が電圧しきい値に影響がない大きさ、と考えるのが普通で、ノイズによるしきい値への影響と言う考え方はありません。

投稿日時 - 2014-01-24 21:28:27

お礼

回答ありがとうございます。
>結果としてはその誘起電流値(ノイズ)と回路電流値の比較になる

どうも、「電流が微弱だとノイズを受けやすい」という表現に違和感があったため、疑問がクリアになりました。ノイズによるしきい値への影響は考慮しないこともあるのですね。

投稿日時 - 2014-01-29 23:36:46

私は、以前1000円でジャンク品として買った、骨董品みたいな真空管式のオシロスコープを持っています。
真空管が温まって使えるようになるまで1分くらいかかりますが、これでマイコンのプルアップ抵抗付きのスイッチ入力を観測してみると、この骨董品でもノイズの正体を見ることができました。


スイッチをONにしている間はいいのですが、スイッチを開放した時の波形を見ると、プルアップ抵抗につながっているはずの入力端子に60Hzの大きくうねる波形が見えます。
指を近づけるとその波形が大きくなります。ご想像の通り商用電源の誘導ノイズです。
DC電圧と60Hzの正弦波の加算されたものですので、もしこれがマイコンの閾値以下になる瞬間があると、スイッチが押された判断されるということになります

投稿日時 - 2014-01-24 06:05:06

お礼

回答ありがとうございます。
真空管式のオシロスコープなんて興味が湧きます。経験談をありがとうございました。

投稿日時 - 2014-01-29 23:29:54

ANo.1

仮に二つの回路(AとB)が隣接してあったとしましょう。
Aの回路に電流を流します。するとフレミングの左手の法則に従って磁界が発生します。
この磁界がBの回路に飛び込むとフレミングの右手の法則に従って電流が発生します、Bの回路にとってはノイズです。この電流が流れた結果オームの法則により電圧が発生します。回路インピーダンスが高いほど大きな電圧となって現れます。
以上が電磁誘導によるノイズの仕組みです。
電圧と電流、回路インピーダンス(抵抗成分)を別々に考えることはできません。オームの法則を見れば解るようにお互いに連動しています。電流が流れれば電圧が発生し電圧があれば電流が流れます。
ノイズにはこれ以外に静電ノイズ、回路そのものが発生させるノイズ、半導体などの素子そのものが発生させるノイズなどなどなどなどなどなど色々な要因で発生します。

投稿日時 - 2014-01-24 02:46:36

お礼

回答ありがとうございます。
電磁誘導によるノイズの仕組み、勉強になりました。また、ノイズの種類も参考にさせて頂きます。

投稿日時 - 2014-01-29 23:24:56

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