サンテクノ技術セミナー

サンテクノ技術セミナー
高周波技術入門
講座テキスト
その９
平成１８年１１月１７日
９．電磁適合性

電気機器などが備える電磁的な不干渉性およ
び耐性をいう。電磁両立性とも言う。
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

電磁的な不干渉性：ある機器の動作によって他の
機器の動作を阻害したり、人体に影響を与える一定
レベル以上の干渉源となるEMIを生じないこと。
電磁的な耐性：付近にある電気機器などから発生
する電磁波などによって、自身の動作が阻害されな
いEMSを持つこと。
EMI：電磁干渉(Electro Magnetic Interference)
EMS：電磁感受性(Electro Magnetic Susceptibility)
９．電磁適合性
携帯電話による脳
への影響（右図）
９．電磁適合性

ＥＭＣ設計


近年のＥＭI規制強化と電子機器のマイコン・クロッ
ク周波数が高くなる状況では、設計段階でのＥＭＣ
設計の盛込みが重要。
ＥＭＣ設計方法に関しては特に規定化された設計
手順書等は無く、設計者各人の能力とノウハウに
依存している。
９．電磁適合性
(1) PCB設計
ポイント
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パターンがアンテナを構成していないか。
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共振周波数の１／４波長の奇数倍で共振（片端接地）
共振周波数の１／２波長の整数倍で共振（両端接地）
共振した導体のＱファクターが大きいほど、放射効率は高
くなる
共振した導体の特性インピーダンスが大きい程、放射効
率は高くなる
パターンが”見えない結合経路”を構成していない
か。
９．電磁適合性
具体的設計方法
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ＰＣＢ材質の誘電率が大きいものを選び、Ｐ
ＣＢ配線の特性インピーダンスを下げる
ＰＣＢ厚みを薄くして、ＰＣＢ配線の特性イン
ピーダンスを下げる
筐体へのアースポイント数を増やして共振
周波数を高い周波数に追いやる
筐体とＰＣＢの間に誘電体を充填し、筐体か
らみたＰＣＢグラウンドの特性インピーダンス
を下げる
９．電磁適合性
(2) 部品選定
ポイント

部品選定基準の第一はその構造・寸法
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インピーダンス素子のＱの最適化

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表面実装部品は、外部との電磁的結合が小さい
トランス・コネクター端子・リレー等ＰＣＢ表面から飛び出し
た構造の部品は、外部との電磁的結合が大きい
Ｑが大きいと素子上にＱ倍の高周波電圧（電流）が生じる
ＩＣ等スイッチングデバイスのスイッチングスピード

不要な高周波エネルギーの発生を抑えるため、必要以上
のスイッチングスピードのデバイス使用は避ける
９．電磁適合性
具体的方法

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ＥＭＣの観点から見ると、使用部品は極力表
面実装部品にすべき
表面実装部品以外の部品を使用する場合
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抵抗追加によるＱの低下させる
低Ｑ部品の採用する
部品配置の工夫する
高周波シールド付き部品の採用
IC等は、機能上必要なスイッチング速度以
上のスピードを有する部品の採用は控える
９．電磁適合性
(3)部品配置・プリント配線
ポイント
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
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通常プリント基板は、電磁シールド効果のある筐体
中に置かれるため、主なＥＭＣの伝播経路はコネク
タ等の外部インターフェース部である
コネクタは構造上、端子により一度空中に飛出して
いるため、特性ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽが高く特に結合し易い
ＣＰＵ等のＩＣは、チップの内部配線から電磁エネエ
ルギーを放射するため、まず遠ざける事が先決
配線は、基本的にはなるべく短くする
９．電磁適合性
具体的方法




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突出部品は、コネクター端子から出来るだけ
遠避ける
距離が取れない場合はシールド板を追加
ＣＰＵチップは、なるべく距離を置く
配線は、太く・短く(特性インピーダンスを下
げる）
配線間の結合を最小にするには、互いに直
交させるか又はなるべく間隔を大きくする
９．電磁適合性
(4)筐体設計
ポイント
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

ＥＭＣに最適化設計されたＰＣＢ単体であっても、Ｐ
ＣＢが直接高周波強電界にさらされるモードがある
場合は、誤動作・損傷を生じる
電磁シールドは、基本的には導体でＰＣＢ全体を覆
う構造
導体は物理的に連続である必要は無く、電気的に
連続であれば問題ない
筐体の「穴」は電磁波の通り道。但し、一般的に使
用周波数の１／１０波長以下の場合は無視できる
９．電磁適合性
具体的方法
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

筐体は、良導体であること
コネクター等の「穴」は最小にすること
筐体から外部へのグラウンドの長さは最短
であるべき
長さの許容値は当該周波数の１／１０波長
以下が目安
９．電磁適合性
(5)配線設計
ポイント
低周波*でのケーブルのシールドは、信号回路が1点
接地なら1点で接地
＊）1MHz未満、又はケーブル長が波長の1/20の場合
 高周波配線ではシールドは、多点接地

R
ノイズ電流
ループ
多点接地すると
９．電磁適合性
信号源
VS
A
受信回路
C1
C2
C3
B
D
C
VG1
VG2
・A点で接地：信号源が非接地のため、全く効果なし
・B点で接地： Vノイズ＝C1/(C1+C2)×(VG2-VG1)
・C点で接地： Vノイズ＝0
・D点で接地： Vノイズ＝C1/(C1+C2)×VG1
９．電磁適合性
信号源
VS
VG1
A
受信回路
C1
C2
C3
B
D
C
VG2
・A点で接地： Vノイズ＝0
・B点で接地： Vノイズ＝C1/(C1+C2)×VG1
・C点で接地：受信回路が非接地のため、全く効果なし
・D点で接地： Vノイズ＝C1/(C1+C2)×(VG1+VG2)
９．電磁適合性
具体的方法
信号源
VS
信号源
VS
信号源
VS
信号源
VS
ｼｰﾙﾄﾞ付ﾂｲｽﾄ
ﾍﾟｱ･ｹｰﾌﾞﾙ
ｼｰﾙﾄﾞ付ﾂｲｽﾄ
ﾍﾟｱ･ｹｰﾌﾞﾙ
同軸ｹｰﾌﾞﾙ
同軸ｹｰﾌﾞﾙ
受信回路
受信回路
受信回路
受信回路
９．電磁適合性
シールド効果（50kHzにおける測定例）
９．電磁適合性
誘起電圧の計算

サージ電流による誘起トランジェント電圧
2×10-7RL
d＋(OD-OC) Lt
V ＝
As･l･ln
･
Rs+R
d
l
L
L
Rs：被害側のソースインピーダンス[Ω]
RL：被害側の負荷インピーダンス[Ω]
l：並走長さ[m]
d:ケーブル間距離[m]
As:サージ電流変化率[A/sec]
OD:被害側単線外形寸法[m]
CD:被害側単線銅線直径[m]
Lt：被害側ツイストピッチ[m]
９．電磁適合性
誘起電圧の計算

パルス電流による誘起トランジェント電圧
R
Lt
V (n) ＝φ(n)･
･
Rs＋R ＋Rw
l
L
L
L
Rs：被害側のソースインピーダンス[Ω]
RL：被害側の負荷インピーダンス[Ω]
Rw：被害側DC抵抗算出値（次ページ計算式による） [Ω]
Lt：被害側ツイストピッチ[m]
Φ(n)：鎖交磁束算出値（次々ページ計算式による） [A]
９．電磁適合性

被害側DC抵抗算出式
4ρl
Rw ＝ CD2π
ρ：被害側単線DC抵抗率[Ω/m]
l：並走長さ[m]
CD:被害側単線銅線直径[m]
９．電磁適合性

鎖交磁束算出式
φ(n) ＝
2×10-7ω(n)･I(n)･l･ln
d＋(OD-OC)
d
Sin[πf(n)T] Sin[πf(n)τ
I(n) ＝2A･T･Pr･ πf(n)T ･ ]
πf(n) τ
l：並走長さ[m]
A：パルス電流[A]
d:ケーブル間距離[m]
T:パルス周期[sec]
OD:被害側単線外形寸法[m]
Pr:パルスレート[pps]
CD:被害側単線銅線直径[m]
τ:パルス立上がり/立下り時間[sec]
Lt：被害側ツイストピッチ[m]
９．電磁適合性

RFノイズによる誘起電圧
R
VL(n) ＝- L ･jω(n)l(OD-CD)(μ0H＋
Rs+R
L
RsCE)
8.85×10-12π
cosh-1（OD/CD)
C＝
H＝
E／120π
Rs：被害側のソースインピーダンス[Ω]
l：並走長さ[m]
RL：被害側の負荷インピーダンス[Ω]
OD:被害側単線外形寸法[m]
E：電界強度[V/m]
CD:被害側単線銅線直径[m]
９．電磁適合性

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