IoTアプリケーションにおけるEMCの基本ガイド

Table of Contents

• 課題は何か？
• EMCカップリング
• EMC設計のヒント
• 結論

課題は何か？

ワイヤレスRFベースのデバイスは、互いの通信に電磁放射を利用するため、隣接するRFベースのデバイス数が増えると他のデバイスからの電磁干渉を受ける可能性があります。これらのデバイスが放射線の干渉から適切に保護されておらず、通信信号フィルタリングが正しく行われていない場合、デバイスの通信能力および全体的な性能が著しく低下する可能性があります。

電磁ノイズや一般的なシステム/ネットワークの複雑さが増すにつれ、製品の電磁両立性（EMC）設計は、システム設計者にとってより複雑な課題となっています。さらに、単一製品の伝導・放射エミッションとイミュニティは、特注の電子設計において最も困難な部分となります。さらに、EMC認証プロセス中にたった1つの試験に失敗しただけで、製品開発に多大な時間と金銭的なロスが生じる可能性があります。製品が規制基準に適合していることを確認するために実施しなければならないEMC試験には様々なものがあり、EMCに関するホワイトペーパーではそのうちのいくつかをご紹介しています。デバイスの伝導・放射エミッションの測定など、より一般的なEMC試験がある一方で、高調波歪みや高周波誘導妨害の試験など、あまり知られていない試験もあります。

EMCカップリング

おそらく、すぐに思い浮かぶカップリングの最初のタイプは、あるデバイスからの電磁放射が他のデバイスの回路に結合し、機能障害を引き起こす可能性がある放射カップリングです。この放射カップリングを迅速に解決するためには、独立したデバイスのRFシールドで対策可能です。しかし、いくつかの複雑なシステムでは放射結合が単一のデバイス内で発生することがあり、回路設計のさらなるEMC解析が必要になることがあります。

別々のデバイス間のEMIを軽減するために特定のEMC対策を講じることができます。しかし、他のデバイスの影響を受けずに通信損失や電力信号の原因となるシグナルインテグリティ低下を引き起こすデバイス内カップリング現象も多数存在します。誘導電流や電流ループを意図せずに含む不適切な回路レイアウト設計が原因で発生するカップリングには4つのタイプがあり、内部または外部の電磁的非互換性につながる可能性があります。幸いなことに、これらのカップリングパスを回避するためのいくつかの方法と、EMCを低減する多くの緩和策があります。

例えば、異なる回路ループの共通トレースの長さを短くしたり、スターポイントトポロジーを利用することで、回路内で発生するガルバニックカップリングの量を減らすことができます。異なる信号タイプの動作周波数と並列トレースの長さを減らすと、容量性カップリングが減少します。誘導結合を減らすためには、回路ループのサイズを最小にすることが最善です。

すべてのRECOM製品では、内部結合状態を防止するために設計時に十分な対策が施されており、その後のEMC試験では、当社が遵守する厳しいEMC規格を満たすための対策が取られています。

EMC設計のヒント

厳しいEMC要求を満たす製品を設計する際には、EMCホワイトペーパーで詳細に説明されたいくつかのヒントを読むことをお勧めします。

1. 重要エリアと非重要エリアを電磁気的に分離する。重要エリアでは、放射カップリングからシールドされ、ゾーンに入る信号線が適切にフィルタリングされていることを確認してください。このコンセプトを利用すると、1つの重要ゾーンのすべての障害を別のゾーンから分離することができ、設計が進むにつれて一次緩和と二次トラブルシューティングの両方が容易になります。
2. コネクタの配置には多少の配慮が必要です。例えば、全てのコネクタを基板の片側に配置すると、基板がより高い放射干渉（?）に晒されるのを防ぐことができます。 シールドされた筐体を使用している場合は、コネクタもシールドされたものを使用する必要があります。
3. すべてのトレースを個別に考慮して下さい。高インピーダンスのトレースはより長い距離になるため、不要な干渉につながる漂遊影響を受けやすくなります。場合によっては、差動トレース設計を検討する必要があります。
4. コンデンサを使用して高周波信号を「短絡」して下さい。コンデンサを使用して高周波信号による妨害を除去することができますが、最適な配置をする必要があります。コンデンサは不要な高周波信号を避けるためのオプションとしてではなく、コンデンサを介して既知の電位に誘導されるように配置してください。

結論

IoTの時代において、エンジニアや設計者は以前にはあまり見られなかった複雑な設計課題に直面しています。高感度の信号回路と電源回路、およびますます厳しくなるEMC制限のため、デバイスが適切に機能し、規制に適合するように慎重な設計が必要となります。IoT デバイスの設計においてよく見られる放射結合、誘導結合、導電結合、およびガルバニック結合を低減するために取ることができる対策がいくつかあります。詳細は次のリンクで述べられています。 Power Supply Meets EMC whitepaper. 回路、コンポーネント、システムの複雑化と動作周波数の上昇により、設計者がEMC対策という課題に直面せざるを得ないことは間違いなく、最新の設計におけるEMCのベストプラクティスを深く理解することが不可欠です。