アーカイブ
21. 機器・装置間の接続ケーブル・・・シールド線（GND）は両端接続が基本！
機器間又は装置間をケーブル接続した状態でのノイズ放射リスクに関して、グランドループ（コモンモード）のモデルを使ってその回避方法についてはEMC関連の業界誌やセミナー等の中で紹介されています。しかしながら、当社の解釈の仕方としては、当ホームページの記事“19. グランドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも！”でも紹介していますが、やはり少し違うのではないかと考えております。
先ず、グランドループ自体はGND電極同士が繋がったものなので、何もなければ至る所DC・AC的に0Vになります。従って、このループがノイズを放射（アンテナ条件が揃ったとして）する場合、ノイズ電源となるものが外部の真のノイズ源（例えば外部のモーターのようなもの）の電源配線等から誘導結合・誘電結合によってグランドループに侵入する、との説明がなされています。これによりグランドループにノイズ電源ができ、そこから出た高周波ノイズ電流がグランドループを周回してノイズ電源に戻ると説明されています。
しかしながら、上記のモデルを解釈するためにはちょっとキビシイのではと思われるところがあり、下記に列挙してみます。
①誘導結合、誘導結合を挙げていますが、例えば誘導結合に関して、その結合度がどの程度を想定しているのでしょうか？トランスをイメージして頂けると分かりますが、1次と2次のコイルの巻き方を工夫し、磁性材料をコア材にして、1次と2次のコイルの結合係数を１に近づける訳ですが、コイル状でもない配線同士（1次：真のノイズ源と接続／2次：グランドループ／双方とも線状だとするとインダクタンス性としてのQ値は極めて低い）が、磁芯となるコアもない空間で且つ距離数十センチ程度離れた状態でどの程度の結合係数が得られるでしょうか？静電結合についても同様で、前述の1次と2次の配線間の静電容量はそれらの距離が数十センチ程度離れた状態では0.1pFにもならないでしょう。高周波帯（1GHz以下程度）では極めて高抵抗（ハイインピーダンス）な状態です。1次側の配線におけるノイズのエネルギーが極めて大きければ、2次側の配線にも影響が出てくるのかもしれませんが、そのような場合は1次側の配線からの直接のノイズ放射が問題となり、むしろそのノイズ対策を優先すべきでしょう。
②ノイズ電流が上記のグランドループを水のようにスイスイ流れていくようなイメージで説明されていますが、ノイズと言っても高周波（当ホームページの記事“11. ノイズという電磁波。では電磁波とは？（１）～（３）”で解説）なので、安定したインピーダンスの伝送路でなければ高周波電流を安定して流すことはできず、不安定な変化しやすいインピーダンスで単線に近いような構造の導体に対しては、高周波電流は高い反射を受けて流れ込んでいかないでしょう。
③ループ状となる配線構造については、当ホームページで度々記してきました（“8. ノイズも電磁波。検出するのはアンテナ？プローブ？”、“ 19. グランドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも！”、“ループ状配線 ➡ノイズのアンテナは考えすぎ”）が、基本的にプローブとして磁界成分を検出しやすい構造であるものの、ノイズを電磁波として遠方に放射するアンテナにはなりにくいものなのです。ループ状構造だから即アンテナと断定するのは単なるイメージ先行でしかないのです。
以上のことから、グランドループモデルによるノイズ放射の解説には無理があると考えております。しかし、機器の放射ノイズ測定をされている多くの方々は機器のACケーブルや機器間を接続するケーブルの姿勢を変えることでノイズの放射レベルが変わることを経験していると思います。
これはただそのように観えるだけなのです。
当ホームページの記事“19. グランドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも！”でも説明していますが、機器間を接続するケーブルのGNDラインの処理の仕方に問題があるのです。即ち、ケーブルの部分（区間）のGNDラインがノイズの放射体になり、そのGNDラインと機器との接続部がノイズの励振源になるのです。従って、ケーブルの姿勢を変えることでノイズの放射レベルが変わるのは、放射体の姿勢により放射状況（振幅や放射の指向性）が変化するためなのです。
上記のこの課題の背景及びケーブルのGNDラインの処理の仕方の詳細を当方のセミナー及びテキスト”EMC設計 MBDでDX! 技術＆学術”の中で解説しております。
実際、私も装置（又は機器）を接続するケーブルによる不要輻射の問題をいくつか経験しましたが、全く問題ない場合もあったりしてその違いを見比べ、検討してまいりました。同様な経験をされている方々は是非当社のセミナーを聴講して頂きますと考え方の整理がつくかと思います。
※関連ページ
8. ノイズも電磁波。検出するのはアンテナ？プローブ？
19. グランドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも！
ループ状配線 ➡ノイズのアンテナは考えすぎ
13. ノイズという電磁波。では電磁波とは？（３）
12. ノイズという電磁波。では電磁波とは？（２）
11. ノイズという電磁波。では電磁波とは？（１）
EMC設計 MBDでDX! 技術＆学術
20. 回路基板の装着・・・シールドケース、ネジ止めは重要！
電子機器の設計の際、電子機器を構成するフレーム（シャーシ）に電子機器を制御する回路基板を装着する方法に関しては、どこのメーカーさんでも機器の外観や形態／機器の機能性／製造（組み立て）上の効率性等を優先的に考慮して設計されているのではないかと思います。もし、EMC設計的な考え方も考慮されているようでしたら、完璧です。
しかしながら、もしEMC設計的な考え方なく回路基板の装着設計をされているようでしたら、是非参考にして頂きたい事柄をここで述べたいと思います。
電子機器・装置は電気的な安全設計及び耐イミュニティーの関係から、そのフレーム（シャーシ）は基本的に接地側の電位に設定されます。但し、その接地電位を地上接地（アース）と接続させるかどうかは機器の安全規格等によりますが、必須ではありません。また、その接続の有無はノイズの不要輻射とは直接関係が無い場合が多いです。
先ず、重要なことは電子機器のフレームは回路基板の接地側（GND）の電位に設定されることです。当社HPの記事“13. ノイズという電磁波。では電磁波とは？（３）”でも解説していますが、実際の回路においては電源・信号等の電力を活線側（Hot側）の電極とGND側電極とで対をなしてそれぞれの電極に生じる電圧・電流によって伝達します。よく持たれがちなGND電極のイメージ、電位が常に０で電流が流れないといった静的なものではなく、Hot側電極と同様な電圧・電流（但し、極性は反対）を持ちます。
少し詳細な説明をしますが、上記の電圧・電流の伝達のある瞬間、Hot側の電極から出た電気力線が全てGND側の電極に到達し、到達したGND電極上に電流を生成し、またその時の逆位相となる瞬間ではGND電極側からでた電気力線が全てHot側の電極に到達し、到達したHot側電極に電流を生成します。
従って、上記の電気力線（Hot⇔GND）が限られた（GND電極で密閉）空間に閉じ込められた状態（一般的には回路基板がシールドケースで覆われた状態）であれば、電気力線は全て密閉空間内に遮蔽され、ノイズ放射に関係する電気力線も閉じ込められます。私の現役時代の経験として、必ずしも完全密閉状態とはならないシールドケースであっても、そのシールドケースの有無で放射ノイズに対して6～10dBのノイズ低減効果があります。
そのためEMC設計の観点から言えば、回路基板をシールドケースで覆って電子機器のフレームに装着するのがよいということになります。しかし、機器の外部への表示部やデータ入力部（スイッチ等も）を装備するために、シールドケースが付けられない場合や、製品の形状・価格の関係からシールドケースを省く場合もあったりすると思います。ただ、そういった場合、前述した電源線や信号線のHot側電極からでた電気力線の一部はノイズ放射に関係するものも含めてGND接続されている機器のフレームにも到達し、フレーム表面にもノイズ放射に関係する電圧・電流も生じてしまいます。
よって、そのような構成（設計）となってしまう場合の注意点について下記に挙げておきます。
①回路基板の機器のフレームへ２か所以上、できれば基板の四隅でフレームにネジ止めを行う。
②回路基板をシールドケースで覆わない場合は、回路基板の表・裏面側が機器のフレームができるだけ対向しない構造を検討する。
③シールドケースが回路基板側の一方側からしか覆わない場合は、シールドケースが機器のフレームと直接DC的に接続できるようにネジ止めする。
④機器のフレーム自体を省寸法（特に長い形状にならないよう）に設計する。
⑤ネジ止め部におけるシールドケース、回路基板の表面のGND電極、機器のフレームは確実にDC的に接続できるようにする。
⑤に関しては、普通に作れば当たり前にそれぞれをDC接続できるのですが、1K、10K台となる量産時などは個々のシールドケースやフレームの表面状況（防錆のメッキ膜の酸化等）でそのDC接続が不安定になったりします。
上記の各事柄については、当社のセミナー“EMC設計 MBDでDX! 技術＆学術”の中で詳細を解説致します。ご興味のある方は是非当社のセミナーをご検討下さい。
※関連ページ
EMC設計 MBDでDX! 技術＆学術
19. グラウンドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも！
EMC関連の文献では特に低周波帯（といっても30MHz帯といった位でしょうか）でのノイズ放射の原因としてグラウンドループを指摘されることがあります。
このグラウンドループは下図にある様に、装置Aと装置Bがケーブルにより電源及び信号を送受する場合で、且つ装置Aと装置Bがそれぞれ接地（アース）している場合に例えば装置Aから出たノイズの電流がケーブルのGND電極を介して装置Bに流れ込み、更に装置Bの接地端子を通って装置Aの接地端子に戻る（ループを構成する）ことによりノイズが空間に放出されるという考え方です。
このノイズ放射を回避するために、①装置Bの接地をしない、②装置Aと装置Bそれぞれの回路間のGND接続を無くすことはできないですが、少なくとも装置A、Bそれぞれの金属シャーシはGND電極（シールド等）で直接接続させない、といった構成を推奨しています。
こういった構成でノイズが放出されるのであろう、という説明は確かにあり得そうな気がします。しかし、よく説明図を見てちょっと考えるべき点もあります。
I．接地（アース）とは所謂0Vにする点であって、図にある様に装置A、Bの接地箇所で0V（工場・施設内では金属物で接続されるでしょう）で等電位となります。仮にノイズが装置Aにあった場合にどのようにしてケーブルのGND電極に出て装置Bに伝達していくのでしょうか？少なくとも接地電位で囲まれたループ上にノイズとなる励振源があるべきではないか、と考えます。
この励振源については、下図のノーマルモード伝送時にコモンモードのノイズ源が発生するものとして説明されます。しかし、このノイズ源の出現も“何故？“、と疑問があります。しかし、”そういうもの“というのが今までのEMC解説モデルで行われてきました。
II．仮に接地によるループができたとして、ノイズ放射としてループアンテナを想定する方も居られるでしょう。しかし、ループというのは磁界生成（又は検出）する機能しかなく、電波を送出する能力は無いのです。何故なら、磁界に合わせて電界を生成することができないからです。（詳細は当社セミナー“EMC設計 概要～MBD”で解説しております。また、当社ブログ“ループ状配線 ➡ノイズのアンテナは考えすぎ”でも解説。）上図にある様に装置A、Bの接地点で同電位、ケーブルの各接続箇所でも同電位なので電界は生じようがないのです。
ただ、上記それぞれの箇所を接続している“導体には抵抗があるので流れる電流に対して電圧（電界）を持つ”と考える方もいるかもしれません。しかし、その電流を流すためには起電力となる電源がループ上のどこかになくてはなりません。仮にもし微弱な（ノイズ）電流が流れるとしても導体の抵抗により減衰され電流は略0の状態になるでしょう。
今まで述べてきたように装置A、Bによってグラウンドループが構成されたとしても簡単にノイズ放出が起きるというものではないのです。しかし、実際の現場ではグラウンドループが問題なのではないか、と思いたくなるケースを経験したEMC関係者が多く居られると思います。
実は、この問題は装置A、B間を接続するケーブルのGNDラインの処理の仕方に問題があるのです。この課題の背景及びケーブルのGNDラインの処理の仕方の詳細を当方のセミナー及びテキスト“EMC設計 概要～MBD”の中で解説しております。
実際、私も装置（又は機器）を接続するケーブルによる不要輻射の問題をいくつか経験しましたが、全く問題ない場合もあったりしてその違いを見比べ、検討してまいりました。同様な経験をされている方々は是非当社のセミナーを聴講して頂きますと考え方の整理がつくかと思います。
参考記事
21. 機器・装置間の接続ケーブル・・・シールド線（GND）は両端接続が基本！
24. フレームグラウンドにノイズ電流ッ！、、、普通に流れます。
18. １点接地と多点接地、何が違う？
EMCのセミナーに参加しますと講師の方からEMC設計として回路基板の構成や実装設計に関して、１点接地と多点接地について説明を受けます。概略として“低周波の回路では１点接地、高周波の回路では多点接地をしてください”と言われます。そしてその周波数対象の変わり目については、MHz帯（特に10MHz位でしょうか？）以上が高周波回路の対象と説明されます。何故なら、高周波になると基板設計における配線長がノイズとなる周波数の波長に対して数分の一波長のレベル（分布定数回路レベルの扱い）になるため等と解説されます.
確かにそのように考える必要があるのだな、と思いつつも、上記の説明は“分かったようでよく分からない”感が漂います。そもそも回路基板設計上で“１点接地と多点接地”を考慮する場面があるか？です。実際の回路基板の設計（A/W）での接地デザインとしては、各IC部品の電源や信号におけるGND電極に対する接続、多層基板等で配線の両脇にGNDパターンを設定してそのGNDパターンを基板の層内に設けたベタのGNDパターンにviaでたくさん接続するということ位ではないでしょうか？更には基板内の気になる導体パターンがフローティングにならないように内層GNDパターンにvia接続させるといった程度ではないかと思います。よって、“１点接地と多点接地”を殆ど意識することはないのです。
過去のEMC関連のテキストでは、低周波での多点接地のよくない点について、全ての回路からの接地電流が共通接地インピーダンスとなる接地面を流れることになるので避けるべき、といった考え方があったようです。また、多点接地を行うに当たっては高周波の各回路の接地側の配線を極めて短くする（インピーダンスを小さくする）よう指導しています。実際の基板設計において、“言うは易し行いは難し”の感じがします。
この考え方の背景には、理想的なGND（システムGND： DC～高周波で電位0V）があると言う考え方に立ち、実際の回路基板設計をそれに近づけるためのGNDパターン設計及びそれと接続するためのGND配線設計があるのでしょう。回路学的な考え方を突き詰めた結果“１点接地と多点接地”の概念（イメージ）を作り上げたのではないかと思います。しかしながら、その考え方には高周波回路学的な思考が欠けており、また電磁気学的な検証も全くないのです。
そもそも、機器の実装設計において理想的なGNDなどはありません。そのようなものが無いのにその理想に近づけるための設計を目指すのは無意味です。高周波回路学では、配線（伝送線路）は所謂、活線極とGND極の一対で成り、交流（特に高周波）ではGND電極は常に0Vでなく、活線に対する対向極なのです。伝送路上を伝播する周波数はその波長（λ）に応じた伝送路の各箇所（例えばλ/4、λ/8、、）における活線とGND間の電圧及び活線又はGNDに流れる電流は異なる値になります。更に、電流が流れるということは活線側に瞬間的な電荷があり、その対向極のGND側はその反対極の電荷を瞬間的に有します。電磁気学的には電荷を有するということは電位を持ち、即ち活線とGND間の電位差が電圧になるので、GND側は常に0Vではないのです。また、GND側の電極をベタパターンで形成したとしてもGND側に流れる電流は配線パターンとなる活線に対向した箇所に限られ、ベタパターン全体を流れる訳ではありません。この状況は電磁界Simで確認することができます。当然のことながらベタパターンをいくら広くしてもその状況は変わりません。広いベタのGNDパターンが理想的なGNDに近づくと信じている方もいますが、それはイメージです。
以上のことから、回路基板における配線は活線とGNDが常に1対の形態で構成されることが重要であって、GND側の配線のみを意識して短くする必要は無いということになります。実際の設計において、回路基板上に配置する部品（特にIC部品）は設計者によって製品の仕様を満足するように配置して、信号ライン、電源ラインをできるだけ短くすることを意識して設計されていると思いますが、それでよいのです。ただ付け加えるとすれば、“活線とGNDが常に1対の形態”が連続することを強く意識して頂きたいです。これらの詳細については当社のテキスト“WD提案 Part-II”で解説しております。是非、ご参考にして頂きたいです。
上記においては、多層基板内に構成されるベタのGNDパターンを例に記述しましたが、単層基板及び両面2層基板についても同様なことが言えます。“WD提案 Part-II”はその方法についてもご紹介しております。
話は最初に戻り、“１点接地と多点接地”の違い、取り扱いについてですが、かつての回路基板設計におけるイメージであって真面目に受け止めるような概念ではないと思われます。この背景に関しては当社のテキスト“EMC設計 概要～MBD”の中でも解説しております。こちらも是非、ご参考にして頂きたいです。
従いまして、“１点接地と多点接地”はあまり気にすることなく回路基板のA/W設計に取りかかるのがよいでしょう。
※関連ページ
22. EMC対策、グラウンド（GND）に関わるイメージに要注意！
21. 機器・装置間の接続ケーブル・・・シールド線（GND）は両端接続が基本！
17. 伝送路となるケーブルはインダクタンスと考えてよいか？
高周波を対象にした回路シミュレーション（Sim）に於いて、適当な信号ラインのモデル情報が無い時に簡易的にインダクタンスを当てて計算する場合があると思います。特に、回路基板上の部品間の短い配線に対してとりあえず1nH/mm程度を当てて計算する場合があります。Sim対象の周波数帯にもよりますが、ごく短い配線であればそのSim結果と実測の結果との比較において大きな誤差要因となる可能性は低いと思われます。
しかし、回路基板上でも明らかに長い配線や回路基板間を接続するケーブル、更に機器と他の機器等とを接続する信号ケーブルや電源ケーブルを含めたSim検討をする際には、さすがにインダクタンスのみで代用することは無理があると思います。
一般的に伝送線路（信号ラインや電源ライン）は下記のようなLC（無損失ライン）を使ってモデル化します。
ただ、EMC関係の方々の中にはそういうことを理解しつつもライン・ケーブルをインダクタンス（誘導性）と決めてかかる方もいるようで、ノイズ対策の指導コメントとして、“ケーブルのような長い伝送路が接続される回路基板側の受けの部分は先ず接地したCを接続させてからシリーズでLを接続させるLCフィルターを付加すべきで、シリーズのLを先にケーブルと接続する構成にすると接続した部品のLがケーブル側のL成分に取り込まれてしまい、LCフィルターとしての効きが劣化する”、等というようなものもありました。L、Cの各部品の定数にも関係しますが、一般的な性質として述べるのには難があるように思われました。
その理由として、ケーブル（伝送線路）があるインピーダンス（Zi）に接続されている場合で、ケーブルの伝送路インピーダンスがZ0である場合、それらのインピーダンスの大小関係についてみておく必要があるからです。
先ず、①Z0＞Ziの場合で、下図のスミスチャートで示すように、ケーブルの長さの変化に伴い誘導性側で右回りの軌跡（赤線）を示します。この赤線の軌跡は対象周波数のλ/4（スミスチャートの半周）まで誘導性側にあり、この誘導性即ちインダクタンス性となるケーブルは、短い内はシリーズ接続のL値で近似できます。但し、ケーブルが長くなるとやはりL値だけでの近似は困難となります。しかし、例えば100MHz帯における波長（≈3m）はそれなりに長いので、機器内で使用されるケーブルを想定した場合はインダクタンス性とする考え方も良いでしょう。
しかし、②Z0＜Ziの場合は、ちょっと事情が異なります。下図のスミスチャートで青線の軌跡を示すのです。即ち、ケーブルの長さの変化に伴い容量性側で右回りの軌跡を示すのです。この容量性即ちキャパシタンス性は、ケーブルが短い内はシャント接続（接地C）のC値で近似することになります。また前述と同様にケーブルが長くなるとC値だけでの近似は困難となります。この青線の軌跡も対象周波数のλ/4（スミスチャートの半周）までケーブルは容量性となります。従って、この場合ではケーブルをインダクタンス性とするのは適切ではない、ということになります。
これは高周波回路学からの知識ですが“知っている”のと“知らない”では問題解決の上で費用・時間に大きな差が出てきます。
EMC対策の現場では、必死になってあの手この手の対策を施して、何とか上手く行きそうな対策方法を見つけた後に、後付的に適用した対策の理屈付けをしがちでしょう。特に、思い付き的に原因を決め付けて対策検討を始めると、対策が行き詰まり、無駄に時間を浪費する状況に陥ります。対策作業に入る前、できれば設計段階で入手可能な情報を得てから対策作業に入った方が、最初は時間がかかるかもしれませんが、結局短い時間で解決に至ることができるものです。
こういった問題解決の情報源として当社が用意しております、
EMC設計 MBDでDX! 技術＆学術
ESD設計 技術＆学術
を是非ご活用下さい。
16. GND-Via その配置間隔にルールは無い
多層の回路基板のA/W設計において、信号ライン、電源ラインの両サイドにガードパターンまたはGND電極の塗り込みと称してGNDパターンを配置し、回路板内部のベタ電極との導通をとるためにGND-Viaを配置します。このGND-Viaの配置間隔についてA/W設計の関係者から“できるだけ短い間隔で”とか、“同一のVia間隔を繰り返さないように”とか、“ノイズ周波数の波長の??分の一波長の間隔で”とか、・・・“まー、根拠があるのか”と思われるアドバイスがあったりします。
私の現役時代にGND-ViaのVia間隔に関して電磁界Simで検討したことがありましたので、少し解説します。先ず、そのモデルの例として、多層基板で形成される信号ラインでその両サイドに配置するGNDパターンを有し、その下側の配線層にGNDベタパターンを設定して、所謂高周波回路で言うところのグランド－コプレナー伝送路（グランド付CPW）として、信号ラインの両サイドに設定するGND-Viaを列配置しています（図１参照）が、それぞれのGND-Viaに流れる高周波電流についてSim検討してみました。
その結果、信号源側及び負荷側に最も近い両サイドのGND-Viaにのみ高周波電流が流れ、その他のGND-Viaには殆ど高周波電流が流れない（-60dBより低いレベル）という結果でした。即ち、信号源側及び負荷側に最も近い両サイドのGND-Viaによって、信号ラインの両サイドのGND電極と基板内部のGNDベタパターンとが同電位になり、それ以外のGND-Viaの箇所での前記GND電極間では電位差が生じず、その箇所でのGND-Viaでは高周波電流は流れなくなるのです。
この傾向はGND-Viaを減らしても（信号源側及び負荷側の中間の両サイドに各1個）、また増やして（Via間隔を密に）も変わらず、基本的には信号源側及び負荷側に最も近い両サイドのGND-Via以外は無くてもよいという傾向でした。また、この時のモデルからの不要輻射に変化が起きるか（そもそも不要輻射自体が小さい）も検討しましたが、その輻射傾向に変化はないようでした。
上記のGND-Viaの間隔を密にすることを指摘するA/W設計の関係者がその理由として、GND-Viaの間の距離によりラインを通過する信号による定在波の発生の要因になることを挙げたりしますが、定在波は信号ラインとGND電極の電極対を通過する信号の電圧・電流に対して生じるのであって、GND-Viaは信号ラインの両サイドのGND電極と基板内部のGNDベタ電極を単に同電位で接続しているだけなので、そのGND-Viaがどのように定在波の生成に寄与するのか、説明しづらいことではないかと思われます。
従って、信号ラインのA/W設計として、信号源側及び負荷側に最も近い両サイドのGND-Via以外はあまり気にしなくてもよい、というのが当方からA/W設計者へのアドバイスです。但し、図２に示すように信号の授受を行うIC間の信号ラインに関しては、信号の送信側・受信側双方において、各ICの送受信端子の直近の両サイドにGND-Viaを形成（送受信のIC端子の隣の端子がGNDであれば、GND端子ランドパターンにかかった形状でGND-Viaを形成）することを当社のWDのA/W設計指摘ポイントとして推奨しております。
しかしながら、それでもGND-Viaはできるだけ数多く配置した方がよいと考えられる方々は、上記のWD指摘のポイントを実施して頂ければ、GND-Viaをより密に設定されても特に弊害はないと思われます。例えば、もし信号ラインがカクカクと曲げなければならない箇所がある場合等はEMC性能を上げる効果があるのかもしれません。勿論、カクカク曲げた配線は勧められませんが、、、。
A/W設計の注意事項として“GND-Viaはできるだけ数多く”というものは所謂イメージです。そんなことよりもEMC設計実践のためにもっと注意を払わなければならないA/W設計事項があります。当社の“WD”ではEMC設計上必要とするA/W設計事項とそれを基板設計に反映させるための方法をご紹介しています。
是非、当社のPD、SDを含めて、WDをご検討ください。
＊関連記事
WDに関する技術資料
22. EMC対策、グラウンド（GND）に関わるイメージに要注意！
21. 機器・装置間の接続ケーブル・・・シールド線（GND）は両端接続が基本！
20. 回路基板の装着・・・シールドケース、ネジ止めは重要！
19. グランドループ➡ノイズ放射・・・過剰な妄想かも！
15. グランドノイズとは．．．．
グランドノイズと聞いて、どんなイメージを持たれるでしょうか？
機器のグランド（アース）電極を介して機器の様々なところへ流れ込んで、予期せぬ場所から空間に出ていくのでは、、、等と考えて、EMC対策としてグランドノイズは低減すべきもの、と考えておられる方もいるでしょう。
グランドノイズに関してはEMC関連のハウツー本やWEB等でよく解説されています。ここで簡単に説明しますと図（a）に示すようにICが電源ラインとGND電極に接続する際、IC内の特に出力バッファーの動作（Lowレベル⇔Highレベルの遷移）において瞬間的に電源(Vcc)側からGND側へ貫通電流が流れます。この時、IC内のバッファーと回路基板上のGND電極の間に介在する寄生インダクタンス（Ls）により電圧が発生し、これがグランドノイズとなります。
正確には、電源(Vcc)側の配線においても寄生インダクタンスが存在しますので、その寄生インダクタンスも含めてグランドノイズとされている方もいます。また、Vcc側の電源配線を介してIC外部に漏洩していくイメージから、電源ノイズとしている方もいます。当方としましては、ノイズであっても活線とGNDの２極により伝導する電源ラインのノイズと考えています。
さて、このノイズの対策としては図（b）に示すようにパスコンCd（デカップリングコンデンサ）を用います。パスコンCdにより、VccとGND間の交流（高周波）電位を0V（交流短絡）にすることにより寄生インダクタンスLsによるノイズ電圧の発生を抑制させます。しかし、実際のパスコンCdには寄生インダクタンスがあることや、パスコンとIC内バッファーとの間の接続においてインダクタンス成分があったりすることで、前述の交流短絡の効果が低下します。その対策として、パスコンに寄生インダクタンスの低減を目的としたLW逆転型や三端子型といった特殊なパスコンを適用させたり、ICとパスコンの間の配線に伴うインダクタンスを低減するICパッケージやパスコンの実装方法を適用させたりといった多くの方法があります。
一般的に、低クロックのCMOS ICであれば、電源パスコンを必要とするものの、あまり前述のような寄生インダクタンスを気にする必要はなく、即ちグランドノイズの発生を考慮する必要はありません。しかし、高クロックのCMOS ICとなると上記のような特殊なパスコンを検討する必要が出てくる場合もあります。
ただ、押さえておくべき点として、パスコンの実装によりパスコンの接続した点でのノイズ（高周波）帯域で十分に交流短絡（電気回路的には0Vとなることは無いので電圧値としては-40dBV (=0.01V) 以下と言った値を目指すことになります）ができているか、と言うことです。
PIの通常の評価では指標としてICの電源端子側からみた電源側のインピーダンス（インプットインピーダンス）をICが安定動作する（とされる？）ターゲットインピーダンスよりも低くなるようにパスコンの選択と個数の調整等を行います。実際の現場ではターゲットインピーダンスが分からないことが多くインプットインピーダンスをできるだけ低くして、それにより高周波のノイズ帯域で十分に0Vに近づくようにしています。
しかし、電源ラインの途中に回路基板間を接続するケーブルが介在する場合は、上述のPIでの評価では十分ではない場合があります。PIを検討できる市販のツールでは複数の回路基板及びそれらを接続するケーブルからなる電源系におけるPIの評価を対象とはしていないからです。実際のEMI対策の経験を通して、電源系のEMI（不要輻射）ではケーブル起因によって生じている場合が多いのです。
当社のPDは電源ケーブルを含んで電源系のノイズを評価することができます。詳細説明は”PD適用・実践編”でご紹介しますが、回路図の段階で電源ラインにおけるEMI設計のために取るべき対策及び検討方法（シミュレーション）について解説します。
ここで簡単にグランドノイズに関してまとめますと
①グランドノイズとはICの電源端子及びGND端子接続部に寄生するインダクタンスより生じる電圧ノイズです。
②グランドノイズはICに接続させる電源パスコン（デカップリングコンデンサ）により対策されています。
③パスコンの最適化設計はPI評価により行うことができます。
④但し、回路基板間をケーブルを介して電源供給が行われる場合は当社のPDを適用して電源ラインの設計を行うことを強くお勧めします。
※関連ページ
PD適用に関する技術資料
2. ICの電源ライン、パスコン最適化に当社のPD適用。
EMC設計と言いますと、PI／SI／EMCの検討と言いますが．．．
電源ライン設計を革新。PD適用
21. 機器・装置間の接続ケーブル・・・シールド線（GND）は両端接続が基本！
14. 電磁波における遠方界と近傍界。EMC対策では重要です。
前節（11. 12. 13.）では電磁波の伝搬について説明してきましたが、空間を伝搬する際の減衰について触れていなかったので、当節で説明致します。
電界や磁界を高校時代の物理で習い始めると電界Eであれば距離rに対して、クーロンの法則から1/r2で減衰すると習った経験があるでしょう。これが所謂電界の空間減衰になります。磁界の場合も同様な関係で空間減衰します。
電磁波も伝搬距離rにより電磁波（電波）の振幅（即ち電力）が減衰していきます。但し、その減衰の仕方については、高校時代の物理では静電場・静磁場（直流場）であったのに対し、電磁波は動的な交流場となるため、その状況は多少変わります。
下記の図は動的な電気双極子（z軸方向のみで極性が入れ替わる）が空間に形成する電磁場について計算したものです。（導出プロセスは省略。詳細は電磁気学の書籍等で。）
この電気双極子により形成される電磁界は双極子の極性入れ替わり頻度（振動数）、即ち電磁波の周波数の影響を受けない理想的なダイポールアンテナにより形成される電磁界と同等になり、電気双極子の中央が信号源（波原・給電点）となります。
図において動径方向ｒが信号源からの電磁波の伝搬方向となり、動径方向rに対して横（垂直平面）方向がθ方向とΦ方向となります。式で記載された電界及び磁界で伝搬に伴う空間減衰について1/r、1/r2、1/r3の項があることに気づきます。rが極めて小さい場合は1/r < 1/r2<< 1/r3（各項係数省略）なる関係となり、rが十分大きな場合は1/r > 1/r2> 1/r3（各項係数省略）となります。特に1/rの項が支配的になっていく距離はr≈λ/(2π)（λは電気双極子の振動数（周波数）に対する空間波長）となり、このr < λ/(2π)の領域は近傍界、r > λ/(2π)の領域は遠方界としています。因みにλ/(2π)の距離（≈λ/6と考えてもよい）は例えば30MHzで160cm、100MHzで48cm程度になります。
遠方界はいわゆる電波の領域となり、1/rの項の電磁界（遠方界成分）となるので、動径方向r（伝搬方向）に電磁界は無く、伝搬方向に対して横方向に電界E及び磁界H を持ち、いわゆる波面を形成します。これらは前節で述べたTEM波の状況を式で説明しており、電界Eと磁界Hの積（E☓H）によるポインチングベクトルSが伝搬方向（動径方向r）に向かう状況も示しています。
一方、近傍界については少し複雑になります。特に信号源に近い側は電界において1/r3の項が極めて大きくなり、準静電界と呼ばれる領域になります。低周波であればあるほど大きな電界が得られる領域を確保できるため、その性質を利用した電子デバイスもあったりします。また1/r2の項が有効となる誘導電磁界とよばれる領域もあり、昨今は無接点電力伝送等で利用されたりしています。特にコンデンサ、コイルと言った部品の外界に形成する電界、磁界は近傍界であって、遠方界を持つことはありません。1/r2と1/r3の項は近傍界成分と言えるでしょう。
図にも示されていますが、1/r、1/r2、1/r3の各項はいずれも独立項で電界及び磁界はそれらの線形結合で示されるので、遠方界と近傍界は別のモノ（性質）であることを理解して頂けるでしょう。そのため、機器のEMI（不要輻射）の解析等で近傍界プローブを使ってマッピングを行ったり、電磁界Simで近傍電磁界を計算したりして、機器のEMIとの関係を探ったり、関連付けた資料を目にすることがありますが明確な関連付けは困難であり、結局想像力を駆使したイメージでの結びつけ程度のものにしかならないのです。
また、1/rの項の部分はアンテナの特性と関係するため、機器の基板・ハーネスなどは基本的にアンテナとしての能力は低く、電磁場の1/rの項に相当する部分は一般的には小さくなります。そうであるにも関わらず、近傍界プローブで測定した1/r2、1/r3の項のレベルを以って放射の原因であると結論づけたりすると、EMI対策として大きな遠回りをすることになったりします。
当節をEMC対策の観点でまとめますと
①放射する電磁波（ノイズ）は遠方界成分（1/rの項）です。
②機器の基板・ハーネスの周辺に関する電磁界Sim結果やプローブ測定結果は発生する電磁波（ノイズ）の近傍界成分です。
③遠方界成分と近傍界成分は別モノですので、近傍界の検討結果から遠方界を推測することは困難です。
私が高周波関係の仕事を始めた頃、先輩から”アンテナには近傍界があって電波がぐちゃぐちゃな状態から整った平面波に変化して遠方界で放射される”、と教えられて、それを信じて長く過ごしていました。その頃は遠方界での電波しか扱っていなかったので特に問題にはなりませんでしたが、EMCを扱う技術者の方々には考慮すべき事柄だと思います。
※関連ページ
EMI対策の決め手？近傍界スキャナ
13. ノイズという電磁波。では電磁波とは？（３）
12. ノイズという電磁波。では電磁波とは？（２）
11. ノイズという電磁波。では電磁波とは？（１）
8. ノイズも電磁波。検出するのはアンテナ？プローブ？
好評だった前回セミナーに引き続きを実践編（続編）のオンラインセミナーを開催‼
Topページへどーぞ！
13. ノイズという電磁波。では電磁波とは？（３）
本題の前２回の解説でノイズという電磁波について下記のようにまとめました。
①電磁波の電場Eと磁場Hは垂直の関係です。
②電場Eと磁場Hの一方が減少又は0になると伝搬する電磁波も減少又は0になります。
③電波はTEMモード（電波の伝搬方向に対して横方向に電場E 、磁場H ）です。
④TEMモードの電磁波は電場Eと磁場Hのベクトル積となるポインチングベクトルSを持つ。
⑤ポインチングベクトルSが空間に向かうことで電磁波（ノイズ）は空間に放射されます。
⑥実際の機器ではケーブルのコネクター部でポインチングベクトルSは空間に向かう形態となっています。
⑦PD適用、SD適用はポインチングベクトルSのスカラー量を低減する回路的手法です。
今回は上記の事柄を踏まえて、回路基板上の配線を伝送する電磁波について触れ、上記の⑥について説明します。
下に示す図は信号源（ノイズ源）から負荷に向かって回路基板上の配線を電磁波（ノイズ）が伝搬する状況を説明した図です。
