MTV2200SXのいろいろ

(最終更新日2004年 2月28日)

オークションにてこのページが引用されているようですが(それはそれで光栄ですが)、私は出品者ではありませんので誤解の無き ようお願いします。

カノープスのキャプチャーカードMTV2200SXのちょっとした情報。ビート(縞)ノイズ対策など。



☆題目☆
  • 購入の経緯
  • 基板外見など
  • ビートノイズ
  • 玄人志向「NO-PCI」発売
  • NO-PCIを試す
  • PCIコネクタの接触抵抗を測定
  •  
    使用して半年以上になりますが、購入当初(Video CardをPerheliaに変えてからだったかも)か らビートノイズに悩まされています。このノイズはTBOXからの入力、外部S端子 入力、コンポジット端子入力のいずれからも発生し、ケーブル類を全て外して発生します。ということでMTV2200SXのカード自身にノイズが乗っている と推測されます。また、オーバーレイ画面にもキャプチャーしたMpegファイルにもノイズが見えます。
     これらのことから、どうやら、入力端子からAD変換までのどこかでノイズが混入していると推測しています。基板上で確認すると、入力端子から入った信号 はフェライトビーズを経由してから2階建て基板の方に流れ、そこで、AN13300Aを経由してMN673794に入力しているようです。

    カノープスのサポートフォーラムにもたまに同様のノイズ報告があがるのですが、ケースファンのノイズが原因だったとか、ビデオカードを交換したら直ったと か、解決できなかったとか、 と原因はケースバイケースのようです。

    ノイズを確認
    自力で対策しようと思い、まずはノイズをキャプチャーしてみました。

    ビートノイズのようす キャプチャー条件:コンポジット入力(ただしケーブ ルには何も接続していない ので真っ黒な画面)。オーバレイの設定で明るさを最大に設定(それにより灰 色)。その画面を静止画キャプチャー。その後、画像編集ソフト(PaintShopPro7)で強調処理(「カラー」「ヒストグラム機能」「ヒストグラム の調整」「中間調:-50」、その後、グレースケール変換、画像サイズ50%)。

    この画面を見ると、2種類のノイズが確認できます。右肩下がりの間隔の広いノイズは実際には目立ちません。キャプチャー後に画像編集ソフトで強調処理をし て初めて気が付きました。このノイズは濃淡の様子からパルス状のノイズでしょうか?
    そして、今頭を悩ませているのが、右肩上がりの間隔の狭いノイズ。縞の本数を数えてみると1走査線あたり21〜22本あることが確認できます。また、濃淡 の様子をみると、ほぼ正弦波に近いノイズのようです。そこで、この本数からノイズの周波数を推定してみます。NTSCの信号規格によると、走査線の水平周 波数が15.734kHz。周期は63.557μ秒となります。このうち水平ブランキング期間が10.7(+0.2,-0.3)μ秒ありますので、実際に 画面に見えている1Hの時間は52.86μ秒となります。この期間に21〜22本のノイズ波が入ることから、ノイズの周期は2.52〜2.40μ秒とな り、ノイズ周波数は397〜416kHzとなります(かなーり計算自信なし(^^)。

    ノイズ源を探す
    そこで、オシロスコープを用いて400kHz付近のノイズ源を探したところ、PCIバスの+12V電源ピンにちょうど 400kHzのノイズが乗っていることを確認
    PCI+12Vに乗っているノイズ波形
    オシロスコープ:Tektronix TDS2000シリーズ:帯域200MHz、2Gサンプリング
    表示条件:20mV/DIV、2.5μ秒/DIV


    マザーボード:AsusTek P4T533-C
    AGP : Matrox Perhelia
    PCI1 : 空き
    PCI2 : 空き
    PCI3 : 3Com Fast EtherLink XL PCI TX
    PCI4 : 空き
    PCI5 : MTV2200SXを外し、そのスロットのA2ピンとB3ピンにオシロスコープのプローブを当てて測定

    128平均のノイズ画像上の同じノイズですが、見やすくするために128サンプルの平均を取ったもの。


    ノイズ波形を見るとほぼ正弦波?であり、キャプチャー画面に現れたノイズの濃淡ともほぼ一致します。やっぱこれが原因かな? MTV2200SXのスペッ クを見ると消費電力の欄に
    と記述されており、このカードはPCIバスの+12Vを利用していることがわかります。また、PCIバスの規格によると+12VはPCIコネクタA2ピン のみから供給されています。ここって入力端子のそばのピンなので、アナログ信号の近くですね。う〜む、怪しいなぁ。

    さらに波形を良く見ると、約2周期おきに下向き(マイナス方向)の鋭いスパイクノイズが見えてますが、これは上記ノイズ画像の周期の長い右下がりノイズで ある可能性が高いです。というのも、このスパイクノイズの周期が、画像のノイズ周期と一致していますし(正確に計算してませんけど)、画面に見えるノイズ が黒色のパルスであるとと、オシロ画面のスパイクが下向きであるという点も見事に符合しますし。

     ということで、画面に見える2種類のノイズはどちらも+12V電源に乗っているノイズの可能性が高いと思われます。 CPUファンやケースファンがノイ ズ元だったの報告もありますが、一般にこれらのファンは12V駆動であることを考えると、合点がいきます。

    黒幕を探せ
    でも、オシロ画面を見る限り+12Vに乗っているノイズはせいぜい60mVp-p程度です。ほんとにこれが原因なのかなぁ? この程度のノイズで影響を受け るものなのでしょうか?

    また、電源に乗るノイズといえば、スイッチング電源の残留リップルが考えられるけど、この波形は典型的なリップル波形とは違うようです。 もしかしてほか に原因があって、+12Vラインもノイズの被害者?
    近磁界プローブ投入、そして容疑者発見
    さらに、ノイズ源を探るべく、自作近磁界プローブを作成してみました。それをオシロに接続してマザーボード上をあちこちプ ローブを近づけてノイズ源を探索 しました。 すると、ビデオカード(Matrox社Parhelia)のカード端に並んでいるコイル(スイッチングレギュレータ用?)にプローブを近づけ たところ、面白い波形が撮れました。
    parheliaのコイルノイズ波形
    表示条件:100mV/DIV、1.0μ秒/DIV

    これも見事に400kHzですね。そーいえば、サポートフォーラムにビデオカードを変えるとノイズが無くなるとの報告があったなぁ(Parhelia以外 のカードだけど)。。。 こいつが犯人か!?

    進入経路を推理
    さて、ビデオカードが原因だとして、そのノイズがどこを経由してMTV2200SXに影響を及ぼしているのか推測してみまし た。一般に、ノイズの進入(伝 播)経路は
    の三つが考えられると思います。ノイズが400kHzと比較的低周波であることから、電磁波による伝播の可能性は低いと思われます。また、 MTV2200SXをビデオカードからもっとも離れたPCIスロットに挿しているので、電磁誘導の可能性も低いと推測できます。ということで、ノイズの進 入経路は電源(あるいはPCIの信号線)が怪しいのではないでしょうか? そこでPCIの電源線に乗っているノイズを改め てチェックしたところ、+12Vには上に載せた写真のように400kHzのノイズが乗っており、+5Vにはほとんどノイズが無いことを確認しました(ただ しスパイクノイズが確認できましたが)。また、-12Vにはもっと長周期のノイズ(というより電圧変動に近い)が確認されましたが、400kHz付近のノ イズはほとんど確認できませんでした。

    最終兵器投入
    では、+12V電源がノイズ進入経路だとして、どうやってノイズを食い止めるかが問題になります。そこで、HTPC(ホーム シアターPC)の人達が最終手段として使っているらしいコンデンサ追加を試して見ました。 用意したコンデンサは三洋のOSコンデンサ SPシリーズ100μFです。  OSコンは良く知られているように非常に高周波特性が優れています(MTV2200SXにも使われています)。周波数特性を見ると400kHz付近はOS コンの得意領域のようですし。(でもOS-CONはショートモードの故障が怖いけど)。とりあえず、このコンデンサを MTV2200SXの隣の空きPCIスロットに挿してみました。
    PCIバスにコンデンサを追加した様子
    一番下のスロットに刺さっているのがMTV2200SX、その上の空きPCIスロットのA2ピン(+12V)とB3ピン(GND)に刺さっている紫のコン デンサがOSコン。なお、お約束ですけど、真似される時は自己責任でお願いし ます。特に、電源ONのときにコンデンサを挿すと、急激な充電電流が流れ、電源の保護回路が作動していきなりPCを落ちたり、最悪データ破損、マザーor 電源破損の危険があります。
    それと、単にコンデンサを挿しただけでは、PCIソケット内のピンに接触してくれません。コンデンサのリードピンをVの字形に折り曲げてバネのようにする 必要があります。

    まぁ、本来ならノイズ対策の基本はノイズの発生源自体を潰すことなんでしょうけどね。

    効果を確認
    コンデンサを挿してから、PCの電源を入れ、「MediaCRUISE」を起動し、ノイズをチェック!
    すると。。。見事にノイズが消えてます♪。この対策をしてから、ビートノイズは現れなくなりました。感動です。
     コンデンサを挿入前と比較するために、上記と同じ方法でブランク画面を静止画キャプチャーしてみました。
    コンデンサ挿入後のノイズキャプチャー方法及び画像処理方法は上記「ノイズを確認」と同じです。

    このようにかすかにノイズが残っていますが、実際の視聴上はノイズは気になりません。








    恒久的対策として専用カード作成
    コンデンサが有効であることは確認できましたけど、PCIスロットにコンデンサを挿しておくのは怖いので(もし、コンデンサ が抜け落ち、リード線により ショートしたら。。。)「ノイズ吸収PCIカード」なるものを作成してみました。

     まず、PCIバスに挿す基板が必要となりますので、ジャンク屋をまわって、カードを探し回りました。しかし、PCIカードのジャンクはなかなか見つかり ませんでした。いくつかあったのですが、+12V電源(A2ピン)に配線がなく使えないものばかり。

    ジャンクなPCIカードが入手できなかったので、仕方なく新品のカードを購入することにしました。パソコンショップでとにかく安くてA2ピンに配線されて いるカードを探したところ、A openのサウンドカードCobra AW-850が目にとまりました(実売1000円前後)。1チップの片面実装と、非常にシンプルなカードで、改造には理想的なカードです。

    で、そのカードを購入し、カード上の部品を全て取り除きました(うぅ、もったいない)。これは、ピストン式の半田吸い取り器があれば、30分ほどで完了し ます。ただし、QFPチップはリード足をニッパでぶちぶち切断しました(どうせ再利用しないし)。次に、PCIコネクタとの接続端子(金メッキされている 部分)とボード上の部品につながるパターン配線のうち、電源以外の線を全て切断します。これはもちろん、このカードがPCIカードとして認識されたり、 PCIバスに悪影響を与えないようにです。なお、電源線と信号線は、パターンの太さで区別できることが多いですが、かならずPCIバスの規格書で確認した 方が良いと思います。このカードもB9ピン(PRSNT1#)とB11ピン(PRSNT2#)が隣のGNDとまとめて太い配線で接続されていたので注意で す。

    以上の作業が終了したら、あとは、+12VとGNDの間にコンデンサを半田付けして完成です。このカードの場合、もともと+12V電源用のコンデンサがつ いていたので、そのスルーホールをそのまま利用してOS-CON(100μF)を取り付けました。さらにもうひとつコンデンサが取り付け可能だったので、 47μFのコンデンサを追加してみました。


    ノイズ吸収カード
    完成した「ノイズ吸収PCIカード」の写真。もちろん、効果はばっちりです。

    玄人 志向「NO-PCI」発売!。。。しかし
    あの玄人志向より、上記ノイズ吸収コンデンサカードと同じ目的のカード、その名も「NO-PCI」が発売になりました(2003 年6月)。製品写真(↓)を見てわかるとおり、PCIバスの電源線にOS-CONをつけた だけのまさにノイズ吸収Onlyなカードです(注:ここのページとは関係なく製品は計画されていたそうですが、発売決定に際 して、ここのページを参考にして頂いたそうです)。この製品は私の野暮なカードとは違い、+12Vだけでなく、- 12V、+5V電源線にもコンデンサが入っているので、キャプチャーカードに限らず、サウンドカード等への万能のノイズ対策として使えそうです。また、電 源が安定することにより、PCの安定動作にも効果がありそうです。

    カードを入手したので、早速ボードを接続しようと思ったのですが、ボードを眺めていて重大な疑問点(-12Vにつながるコンデンサの 極性が逆に実装)!?に気がつきました。そこであわてて、玄人志向さんに問い合わせたところ。。。。
     指摘したとおり、コンデンサC2が逆に実装されていることが確認され、2003年6/24まで出荷された初期生産分は「全数回収・修理」となりました。修理しな いで使用を続けるとショートする恐れがありますので、購入してしまった人は至急取り外して下さい

    さて、私のも修理に出さなければならないのですが、面倒なので、自分で直してしまいました(手元にOS-CONがあったし)。なお、一度でもこの製 品をパソコンに接続してしまった場合、コンデンサC2が損傷している可能性がありますので、絶対に再利用し ないで下さい。また、基板の裏(ハンダ面)見るとわかるのですが、コンデンサのスルーホールがGNDベタパターンにつながってお り、ハンダこての熱がすぐに逃げてしまうので、ハンダ付けはそんなに簡単ではありません。10w前後の安物ハンダこてでは、うまくつかないと思いますの で、素直に修理に出したほうが良いと思います。

    修理後の写真はこのようになりました。もともとコンデンサC2は150μF耐圧16V(おそらくSAシリーズ)ですが、同じ型番のが手元になかったので、 100μF耐圧20Vと交換しました。俺の環境では-12V電源は上記ビートノイズには関係していないようなので、多少の容量ダウンは影響ないと判断しま した。
    修理後のNO-PCI
    NO -PCIを試す
    さて、早速効果を確認するために上記と同じ方法でブランク画面を静止画キャプチャーしてみました。
    NO-PCI挿入後のブランク画面
    キャプチャー条件等は上の2枚と同じ条件です。確かに、装着前よりはノイズが減ってます。視聴上もノイズは見えません。しかし、残念ながら、ノイズは残っ てますね(注意:この画像は画像編集ソフトにより強調処理をしています)
    次にノイズの低減効果を定量的に把握するために、オシロを用いて、ノイズの振幅を測ってみました。

    挿入前のノイズ波形
    挿入後のノイズ波形
    装着前の+12Vのノイズ波形
    装着後の+12Vのノイズ波形
    このように明らかにノイズが減少していること がわかります。ただし、ノイズ波形はランダムで時間変動も激しいので、定量的な評価はやめました。
    挿入前のノイズスペクトル
    挿入後のノイズスペクトル
    装着前のノイズのスペクトル分布
    装着後のノイズのスペクトル分布
    オシロのFFT機能によりノイズのスペクトル 分布を表示してみました。横軸は周波数(500kHz/DIV)、縦軸は強度(スペアナじゃないので正確なdB表示はできません(だったは ず))。ノイズ波形の128サンプルの平均、Hanning窓を使用。1MHzと3MHzに表示されているのはカーソルです。

    これをみると、黄色の矢印で示した400kHzのノイズを中心に1MHz以下のノイズが減少していることがわかります。逆に言うと1MHz以上のノイズに 対しては効果があまり無いようです。そりゃ、OS-CONの自己共振周波数やPCIコネクタ等のインダクタンスの影響などを考える当然ですが。というよ り、下手に高周波領域のインピーダンスを下げると、ノイズ元と(距離の離れた位置にある)このカードとの間にノイズ電流ループが形成され、逆にノイズが放 射されることにもなりかねないですしね。
    ですから、チューナ内蔵キャプチャーカードのビートノイズ(数十〜数百MHzのノイズが復調前のTV信号に乗って いる場合)には効果がないかも?

    「NO-PCI改」を作成
    NO-PCIを基板を見ると、さらにコンデンサが追加できるようになっていることがわかります。+12Vにはもうひとつコン デンサを追加できるようになっているので早速手持ちの100μFのOS-CONを追加してみました(^^。
    もともと+12Vにつけられているコンデンサ(三洋OS-CONのSAシリーズ?の150μF)のESR(等価直列抵抗)は約30mオーム。もう一個追加 すると、並列接続ですからESRも半分になり、より強力にノイズを吸収できることが期待できます(PCIバスコネクタの接触抵抗があるので単純計算は出来 ませんけど)。さらにおまけに1608サイズの1μF積層セラミック チップコンデンサもつけてみました(これのあまり効果は期待できませんが)。
    改造前のノイズ波形
    改造前のノイズ波形
    改造前のノイズ波形
    改造後のノイズ波形
    このようにコンデンサを追加することで、さら にノイズを減らすことが出来ました。400KHzのノイズが減少した分、スパイクノイズが目立ちますね。このノイズは高い周波数なので、NO-PCIでは 取るのが難しいと思われます。

    NO-PCIでのキャプチャー画像 NO-PCI改でのキャプチャー画像
    改造前のキャプチャ画面 改造後のキャプチャ画面
    改造前後のキャプチャー画像を並べてみまし た。ここまでくると、ほとんど差がないですね。
     

    PCIコネ クタの接触抵抗を測定
    NO-PCIは発売されて半年経過した2004年1月現在でも生産が追いつかないほどの売れているようですね。まぁ、ノイズ対策の基本からは逸脱した邪道 な製品かもしれませんが、値段も手ごろですし、私のように効果がある人もいるわけで「おまじない」よりはマシな製品でしょうか?(チューナ カードの特定の受信チャネルに乗るビートノイズにはほとんど効果がないはずなので、あまり過剰な期待をして買わないほうが良いかと.....)

     さて、一般に電源ラインに入れるコンデンサはマザーに直接かつノイズ源の近くに付けるのが鉄則だそうです。しかし、NO-PCIの場合、PCIコネクタ を経由 してしまうためにインダクタンスやコネクタとカードとの接触抵抗の影響が受けます。いくつかのPCIコネクタのデータシートを見ると接触抵抗は最大 20〜40mΩと記述されていますが、最大値ですので実際の接触抵抗はもっと低いと予想されます。で、接触抵抗が実際どの程度なのか測定してみました。測 定 条件は以下のとおりです。
    なお、カード側の端子は金メッキされていますが、PCIバスコネクタ側は金メッキではなかったのでコ ンタクトZで接触抵抗を減らす処置を実施。測定結果は
    となり、接触抵抗は0.24/15.04= 16mΩでした。まぁ、こんなものでしょうか。OS-CONを流れるノイズ電流は接点を2回 通るわけですから、コネクタによる抵抗は単純計算で32mΩ、実際にはGNDが複数のピンで並列接続されていますので、こんなに大きな値にはならないと思 います。それでもOS-CONのESRが25mΩ(16SPS100M)ですから、OS-CONの能力が半減してしまっていますね。ということはNO- PCIの複数挿しが効果的?(って書くと玄人志向の回し者みたい。。。)



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