EMI / EMC | Altium

PCB設計者のためのEMIおよびEMCコンプライアンス101 1 min Blog PCB設計および電子製品設計におけるEMIおよびEMCコンプライアンス要件の基本を学びましょう。

マルチボードシステムにおけるフレックスPCBケーブルからのEMI 1 min Blog 電気技術者

電気技術者

PCB設計者フレックスプリント回路ケーブルは、電子機器でのスペース節約や折りたたみ応用を可能にするために非常に役立ちます。フレックスプリント回路ケーブルは、一部の回路を搭載することも可能であり、スティフナーや取り付け穴を取り入れることによって、独特の固定をエンクロージャに可能にします。フレキシブルプリント回路は標準的な有線ケーブルオプションよりもコストがかかるかもしれませんが、設計および製造コストを確実に相殺する高価値アプリケーションを可能にすることができます。他のボード間接続と同様に、フレックスPCBはEMIの問題を経験することがあります。これには、フレックスインターコネクト上の信号用コネクタからのEMIの放射、または外部ソースからのケーブルが含まれます。フレックスケーブルのユニークな構造は、非常に頑丈な軍事および航空宇宙システムを含む多くの設計で検討すべき興味深い解決策を提供します。この記事では、フレキシブルプリント回路ケーブルのEMIの課題に対処する設計要因についていくつか説明します。フレックスプリント回路ケーブルの使用がEMIを引き起こすフレックスプリント回路ケーブルを使用するデバイスは、超コンパクトなデジタルデバイスから、自動車、軍事、航空宇宙用の高度に頑丈なシステムまで、幅広い用途にわたります。フレックスプリント回路ケーブルは、ほとんどの場合、デバイスのエンクロージャ内部にあり、外部環境にさらされることはありません。一部の製品、たとえばモジュラー製品では、フレックスケーブルがエンクロージャの外部に露出しており、異なるEMI耐性特性を持つことがあります。 ZIFコネクタ/エッジコネクタ用の金指で終端される代わりに、フレックスプリント回路は標準のボード間コネクタで終端されることがあり、そのコネクタ終端は、ESDパルスなどのEMIがシステムに入る可能性のある点になり得ます。 EMIに対するこれらのリスク要因を認識した後、フレックスプリント回路内でEMIを抑制または防止するために使用できるいくつかの設計実践があります。ハッチンググラウンドとハッチ密度高速または高電力をサポートするフレックス回路基板の主な課題の一つは、固定されたプレーンを使用できないことです。電力をルーティングするフレックスケーブルの場合、これはしばしばハッチングされた銅層を複数使用することを意味します。これにより、フレックスケーブルを必要に応じて形成し、曲げることができる一方で、必要な電流運搬能力を提供することができます。信号ルーティングの場合、トレースインピーダンスを定義し、信号線からの放射される放射を減少させるために、ハッチングされたグラウンドプレーンが必要です。フレックスケーブルが過度のクロストークを経験している場合や、外部からのEMIを多く拾っている場合は、より密なハッチングされたグラウンディングが必要になるかもしれません。ハッチ開口部を縮小すると、単位面積あたりの銅の量が増加し、これによりプレーン層の遮蔽能力が向上します。残念ながら、高速信号の電力要件とチャネル帯域幅要件が非常に高くなりすぎると、フレックスケーブルはもはや役に立たず、標準の有線ケーブルが必要になるかもしれません。ハッチングされたプレーンで使用される銅の充填率とハッチ開口部の比率はどのようにすべきか？これはハッチングの使用方法によって異なるため、一般的な声明を出すことは非常に難しいです。ハッチングはデジタル信号のグラウンドとして使用されたり、インピーダンス制御を提供するために使用される場合があります。その場合、ハッチングされたグラウンドの開口部は、信号の立ち上がり時間中の伝播距離の一部よりも小さくすべきです。電源とグラウンドの場合、ハッチ開口部が大きすぎてフレックスケーブルの電流容量が大幅に低下することはありません。シミュレーションはしばしば、インピーダンスを特性化する、直流抵抗、およびハッチングされたプレーンの熱処理を必要とします。ハッチングされたプレーンのインピーダンスシミュレーションは、ハッチングの周期性を示し、これにより高周波EMIがフレックスPCBケーブルによって受信されたり、放出されたりすることができます。接続コネクタからの放射接続されるコネクタを通る信号の遷移は、表面実装コネクタ、メッキされた指のためのZIFコネクタ、およびスルーホールピンコネクタで発生する可能性のある放射性放出の源となることがあります。高速デジタル相互接続用に使用されるフレックスケーブルは、接続されるコネクタからの放射性放出に確実に問題を抱えている可能性があり、主にコネクタのピン配置に十分なグラウンドがないためです。電力を運ぶフレックス相互接続も、複数の理由で放射源となることがあります。接続されるコネクタが放射を引き起こす一般的な理由は次のとおりです：非常に高速な信号によって見られるインピーダンスの不一致フレックスケーブルから放射されるトレース上の共通モードノイズスイッチングノイズをケーブルに許容する不十分なフィルタリングコネクタのピン配置における

PCB設計におけるEMI制御の習得：より良いEMIのためのクロストーク防止 1 min Blog PCB設計者

PCB設計者シリーズの第6回目へようこそ、 PCBデザインにおけるEMI制御の習得です。この記事では、クロストークが信号の整合性とEMIにどのように影響を与えるかを探り、デザインでこれにどう対処するかについて議論します。図1 - Altium Designer®でのPCBデザインの例クロストークは、現代のプリント基板（PCB）デザインで最も頻繁に遭遇する問題の一つです。PCBの密度が増し続けるにつれて、この現象はさらに一般的になっています。より多くの高速インターフェースを、より小さなボードのエリアに統合するという傾向は、この課題を悪化させます。コンパクトなレイアウトはトレース間の近接を引き起こし、クロストークの可能性を大幅に高めます。本質的に、信号のクロストークは、あるネット（またはトレース）から別のネットへの電気信号の意図しない転送を指します。これは、あるトレースを伝わる信号が生成する電磁場が隣接するトレースと相互作用するときに発生します。この文脈では、元の信号を運ぶトレースは一般に「アグレッサー」と呼ばれ、望ましくない信号を受け取るトレースは「ビクティム」として知られています。図2 - クロストークが回路でどのように現れるかの例電磁干渉（EMI）の分野では、クロストークは非常に重要です。これは、システム内の干渉の原因となるだけでなく、他のデバイスを乱す電磁放射の源にもなり得るからです。クロストークに関して重要なのは、信号電流が伝播する信号トレース間だけでなく、リターン電流がその源へ戻るリターン参照導体でも発生するということです。ここでは、「グラウンドバウンス」といった現象が発生しますが、これもリターン参照導体で起こるクロストークの一例です。クロストークとその影響を理解するクロストークの現象は主に2つの理由で発生します：導体間の静電容量結合と誘導結合です。2つ以上のトレースが非常に近くに配置され、信号の電圧と電流が時間とともに変化すると、信号トレースの端（アグレッサーと呼ばれる）のフリンジフィールド（電場と磁場）が近くのトレース（被害者）に結合し、これら近くのトレースに望ましくないノイズを引き起こします。 PCB設計者の仕事は、EMIを効果的に減少させるために、これらのフリンジフィールドが他の導体に与える影響を最小限に抑えることで、ノイズが一つのトレースから別のトレースへ伝播しないようにすることです。図3 -

PCB設計におけるEMI制御の習得：PDNのためのデカップリング戦略 1 min Blog PCB設計者

PCB設計におけるEMI制御の習得：低EMIのためのPCB設計方法 1 min Blog PCB設計者

PCB設計者 PCB設計におけるEMI制御をマスターするシリーズの第4回目へようこそ。 PCB設計におけるEMI制御のマスタリング。この回では、効果的なPCB設計に不可欠な電磁干渉（EMI）の管理に関する高度な側面を探ります。プリント基板（PCB）を設計する際の主な課題は、設計が放射された排出と導かれた排出の両方のテストに合格できるようにすることです。これは、規制基準を満たし、意図した環境でPCBが適切に機能し、他のデバイスやシステムへの干渉を引き起こさないようにするために重要です。同様に重要なのは、外部および内部の排出に対する免疫を達成することで、最終製品の信頼性と性能を確保することです。図1 - Altium Designer®でのPCB設計の例電磁干渉（EMI）の設計では、排出は主に回路内の電流の変化によって引き起こされることを理解することが重要です。これは、内部の電流変化により、すべての回路が必然的にある程度の電磁放射を発することを意味します。設計者にとっての主な課題は、この放射の程度を管理し制御することです。より良い電磁両立性（EMC）を達成するためには、これらの電磁放射を効果的に含有し最小限に抑えるプリント基板を設計することに焦点を当てる必要があります。これには、2つの主要なタイプの放射を対処することが含まれます：差動モード電流による放射；共通モード電流による放射。図2 - 回路内の差動モード電流と共通モード電流（共通モード電流の戻り経路は示されていません）。参照：Dario Fresu これらの電流を理解する最も簡単な方法は、差動モード電流を異なる経路を通って「反対方向」に流れるものと考えることであり、共通モード電流は回路の経路に沿って同じ「共通」の方向に流れます。差動モード電流からの放射を最小限に抑える方法差動モード電流は、回路の正常な動作に不可欠です。これらの電流は、集積回路（IC）とコンポーネントの間を流れ、PCB内の回路の設計の一部です。

EMI制御をマスターするPCB設計：EMC設計のためのスタックアップの選び方 1 min Blog PCB設計者

PCB設計者電磁両立性（EMC）の面で優れた性能を発揮するPCBを設計する際に習得する最も重要な概念の一つは、PCBのレイヤースタックアップの選択です。図1 - Altium Designerのレイヤースタックマネージャーツールこれは、電磁場をPCB設計内で適切に保持することと密接に関連しているため、最も重要な側面の一つとなります。この「PCB設計におけるEMI制御の習得」シリーズの第3記事では、これらの概念をさらに探求し、他の重要なEMCの概念についても見ていきます。信号が回路内で伝播するためには、完全な電流ループを形成するために2つの導体が必要です。一方の導体が信号を運び、もう一方が復帰経路を提供し、電流が流れ、信号が効果的に伝送されることを保証します。導体の一方を信号導体と呼び、もう一方を信号復帰および参照導体と呼びます。復帰参照導体という名前は、その仕事が信号の参照（またはゼロボルト）だけでなく、信号電流が発生源に戻るための最小インピーダンスの経路を提供する必要があるためです。最小インピーダンスの経路を実現するために、トレースではなく平面を選択し、この平面は信号のインピーダンス不連続を作り出す可能性のある分割、切断、またはその他のセグメンテーションを持たないべきです。この基本的な概念から、信号を持つ各層には、復帰および参照経路を提供する第二の導体、復帰参照平面が必要であることがわかります。このシンプルなルールに従うことで、隣接する復帰参照平面（RRP）と各信号層をマッチングすることによって、スタックアップの設計方法を決定できます。以下は、電磁干渉を最小限に抑えるためのスタックアップの例です。 2層スタックアップの例 2層スタックアップでは、1層を信号と電力トレースに専用し、2層目をソリッドなリターン参照平面とする構成が可能です。図2 - Altium DesignerのLayer Stack Visualizerツールを使用した2層スタックアップの例

EMI制御の習得：EMCのためのPCB設計における部品配置 1 min Blog PCB設計者

PCB設計者この PCB設計におけるEMI制御をマスターするシリーズの第2記事では、電磁干渉（EMI）の低レベルを維持するための重要な概念の1つについてさらに詳しく掘り下げます。ボードの分離、またはボードのパーティショニングとしても知られているこの方法は、プリント回路基板（PCB）の異なる回路部分を整理して分けるために使用されます。これにより、特にEMIの観点から、ボードの全体的な性能が向上します。この技術は、電磁干渉を減少させるだけでなく、PCB設計の信号整合性を向上させるのにも役立ちます。これらの技術の背後にある原則には、次のものが含まれます：高周波デジタル信号の高エネルギー内容を含有する。ボード内の異なるタイプの回路間での共通インピーダンス結合を避ける。外部干渉への免疫を向上させ、放射を減少させるために電流ループ領域を減少させる。高速信号と低速信号及びその高調波最初の概念は、急速に切り替わる信号によって生じる高エネルギー高調波の内容を制御し、その電流が時間とともにどれだけ迅速に変化するかについてです。電流の変化率が高いほど、信号の高調波エネルギーが増加し、放射の可能性が高くなります。第二の概念は、信号のリターン電流が信号の周波数によって変化するということです。これは、信号が伝播中に遭遇するインピーダンスが、導体の抵抗だけでなく、その容量と、最も重要な、そのループインダクタンスも含むためです。信号の周波数が増加するにつれて、周波数に依存するインダクタンス成分（インピーダンスの一部）が大きくなります。リターンパスの違い電流は常に最小のインピーダンスの経路を求めるため、信号の周波数が増加すると、リターン電流はインダクティブループを最小限に抑えるために信号電流に密接に従うことが重要です。逆に、信号の周波数が低い場合、インダクタンスが小さくなり、インピーダンスの抵抗成分が支配的になります。この段階では、リターン電流は最小の抵抗の経路を見つけるために導体の表面全体に広がります。PCB設計者にとって重要な点は、リターン電流の源への戻り経路が信号の周波数に依存するということです。図1 - Altium Designerにおける周波数に基づく異なるリターン電流経路の例 PCB設計者としての私たちの仕事は、これらのリターン電流間の干渉を最小限に抑え、共通インピーダンス結合を避けることです。これにより、電磁放射を引き起こす可能性があります。これを実現するために、PCB内に特定のゾーンやセクションを作成し、それぞれを特定のタイプの回路に専用することができます。これにより、電流ループも減少し、差動モード電流からの放射が少なくなります。異なる回路のリターン電流経路をさらに隔離するために