応用組み込み電子工学

第6章. 電磁干渉と静電気放電

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電磁波 干渉（EMI）は、電子システム内あるいはシステム間の不要な信号結合やその他の二次的影響を扱う。電磁両立性（EMC）とシグナルインテグリティという用語は、一般化された用語として使用されることが多い。EMIと無線周波数干渉（RFI）はしばしば互換的に使用され、本明細書では同じものと考えられている。歴史的には、RFIはアナログラジオの初期時代から使用されている。本書では、EMI、RFI、クロストーク、ノイズという用語を互換的に使用する。

静電気放電（ESD）は、「不要」信号の傘下にある特殊化トピックとしてこの章に含まれている。ここで取り上げる多くの回路は、EMI と ESD の両方の性能に影響する。

どのようなデジタル電子システムでもEMIは作成され、ノイズの大きさはクロック・レート、ゲート数、他のアクティブ・スイッチング・デバイスの有無によって決まる。設計者は、アクティブ・エレクトロニクス、無線機器、ソーラー・ノイズ、グリッド・パワー・システム、その他数え切れないほど多くの電子ノイズが環境に溢れていることを認識すべきである。設計者は、本番環境で作成されるEMIの大きさを制限し、外部環境のノイズから電子機器を保護する必要がある。

電子システム内では、発生する内部ノイズも、同じシステム内で弊害となることがある。内部ノイズが精度を下げたり、性能を低下させたり、デバイスを機能しなくさせたりすることもある。

ESD事象もシステム保護の一環として対処する必要がある。コンシューマ製品の場合、ESD保護は機能破壊を回避するのに十分でなければならない。医療機器のような高信頼性設計の場合、ESD事象が発生しても適切な機能を維持できる保護でなければならない。

予備的なアイデア

ここで紹介するアイデアの多くは、ほとんどコストをかけずに実装できる。なかには、フェライトビーズ（FB）、抵抗、コンデンサなど低コストのものを追加する必要があるものもある。EMI低減対策を設計に含めることは、規制上の認可を得るために重要である。多くのコンシューマ製品は、エミッションテストに失敗したため、電源コードにFBがモールドされている。そのFBは、土壇場の修正として電源コードに追加された。それは避けられたはずだ。

一般に、総合的なEMI抑制を必要とするシステムは、高速でスイッチ電流を流す回路である。スイッチング電源はノイズ発生源である。すべてのデジタル機器はEMIを発生させる。100MHz以上のクロックを持つものは、一般的にノイズ低減テクニックが必要となる。ハンドヘルド・バッテリー・パワー・デバイスのようにクロックが1MHz以下の小型のものは、一般的にノイズ対策は必要ない。そのため、ノイズ対策が必要な場合と不要な場合の中間には、大きなグレーゾーンが残っている。

本章で取り上げた低/ゼロコストのEMI低減テクニックを多く取り入れることで、デバイスを規制値内に収めることができる。筐体外に導電性の接続部や接点があるものはすべて ESD 保護が必要である。

図6-1は、EMIが4つの領域で評価されることを示している：

放射EMI

外部から観測されるノイズの観点から測定される。テスト対象のシステムは、システム外の他の機器のパフォーマンスに影響を与えるほど多くのEMIを発生させているか？

放射EMIに対する感受性

問題の反対側。システムの外部に定義された量のEMIが発生した場合、システムの性能に影響を与えるか？ ...