Electromagnetic Interference (EMI)

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Designing PCBs for EMI/EMC Compliance

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EMI Series Part IV

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

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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シリーズ第3部

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

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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制御をマスターするPCB設計：EMCのためのコンポーネント配置

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

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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

EMIシリーズ_パートI

PCB設計におけるEMI制御の習得：PCB内での信号の伝播方法 1 min Blog PCB設計者

PCB設計者

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PCB設計者電磁干渉（EMC）に対応するためのプリント基板（PCB）の設計には、電磁場と電流の観点から信号の伝播をしっかりと理解することが求められます。これらの概念は、電磁場の放出レベルを低く抑え、外部からの放出や干渉に対する感受性を低くするPCBの設計に役立つため、重要です。この PCB設計におけるEMI制御のマスターシリーズの最初の記事では、これらの概念をより深く掘り下げ、プリント基板設計にどのように適用するかを見ていきます。伝送線路における信号の伝播の概念 PCBにおける信号の伝播について考える際には、水がパイプを流れるという類似から、電磁場と伝送線路の観点にシフトすることが重要です。伝送線路は、含まれた電磁場の形でエネルギーを一地点から別の地点へ転送するように設計された構造です。プリント基板の文脈では、伝送線路は少なくとも2つの導体によって形成されます。これらの導体は、電磁場を含むことと、それらを回路内の別の地点に導くことにおいて同じくらい重要です。2つの導体のうち1つが欠けていると、信号を構成する電磁場は未含有のままとなり、これらの場の拡大によりEMC試験に失敗する可能性があります。ここから浮かび上がる非常に重要な概念は、電磁信号は導体の内部ではなく、2つの導体の間の空間、すなわち誘電体の中に含まれているということです。EMCの観点からの私たちの目標は、2つの導体の間に含まれる電磁場を最大化し、その周囲にある電磁場を減少させることです。図1 - PCBにおけるデジタル信号伝播の表現 PCBでは、信号伝播に使用される2つの導体は、信号ポテンシャル導体と戻りおよび参照ポテンシャル導体です。これをイメージする最も簡単な方法は、信号源に接続された上層が信号トレースをルーティングするために使用され、下層が信号源に接続された固体銅層であり、信号ポテンシャル参照にも接続されている二層基板です（図1参照）。私たちが信号と呼ぶものは、これら2つの導体の間に含まれる電磁場です。これは、信号が単一の導体に含まれているのではなく、これら2つの導体の間の誘電体に含まれる電磁エネルギーであることを意味します。また、これは誘電体の特性が信号の伝播に影響を与え、特に信号（またはEM波）が伝播する速度に影響を与えることを意味します。信号の速度は誘電体内の光速です。2つの導体の間には信号が存在するポイントと、まだ信号に達していないポイントがあります。デジタル信号において、これら2つの領域の間に完全な信号があり、まだ信号が存在しないポイントを信号エッジまたは信号波面と呼びます。これはデジタル信号における低レベル論理から高レベル論理への遷移ポイントです。 EMCの観点から、このポイントは非常に重要です。なぜなら、これは導体間で電場と磁場が低から高に遷移する場所だからです。このエネルギー状態が変化する速度が速いほど、すなわち信号が低レベルから高レベル論理に遷移する速度が速いほど、短時間でエネルギーの変化が圧縮されます。信号が伝送線路内でその源から目的地に伝播する際、信号波面または信号エッジが信号の伝播をリードします。前方電流、戻り電流、及び変位電流もう一つの重要な概念は、信号エッジが伝播するのを追うと、先端が電磁場の変化であるため、これが2つの導体の間の誘電体内に変位電流を生成することがわかるということです。この現象は、オリバー・ヘビサイドによってまとめられたマクスウェルの四つの方程式、特にアンペール-マクスウェルの法則によって説明されます。これをイメージする最も簡単な方法は、AC源が適用されたときのコンデンサーを考えることです（図2参照）。図2 - Eフィールドが適用されていないコンデンサー（a）、正のEフィールドが適用されたコンデンサー（b）、負のEフィールドが適用されたコンデンサー（c）実際には、コンデンサーのプレートとその誘電体の間に導電電流はありませんが、誘電体に含まれる束縛電荷は、コンデンサーのプレートの適用された電場に従って単に極性を持ちます（変位します）。これは、導電電流がコンデンサーのプレートを流れているかのように見えます。変位電流の概念は、信号伝播中に電流が形成される可能性があることを理解するために重要です。特に信号が負荷に達する前にです。古典回路理論の授業で教えられるように、電流は常にループで流れます。では、どうして信号が負荷に達する前、つまり、信号が源から負荷に向かい、再び源に戻って電流ループを形成するために連続的な導電電流を確立する前に電流が存在するのか？これは変位電流のおかげで可能です。変位電流は、信号が伝播する際に電流がループ内で流れ続けることを可能にします。変位電流がない場合、導電電流だけがあれば、信号の伝播は起こりません。導電電流だけで作られた電流ループは、負荷に達する前にループを閉じることができないからです。これは、導電電流を通して誘電体を流れる電流が必要であることを意味しますが、定義上、これは不可能です。しかし、この見かけ上の電流、変位電流により、信号が伝播する際にループが瞬時に閉じます。

効率とノイズトップ10 スイッチングレギュレータモジュール

トップ10 スイッチングレギュレータモジュール 1 min Blog PCB設計者

PCB設計者

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PCB設計者この包括的な分析では、効率とノイズレベルに基づいてトップ10のスイッチングレギュレータモジュールを紹介します。電圧レギュレータは電子デバイスにおいて重要な役割を果たし、この記事は実際の性能に関する貴重な洞察を提供し、特定の回路設計に適したレギュレータを選択するのに役立ちます。徹底的なテストとスコアリングシステムを用いて、トップパフォーマンスのレギュレータを強調しながら、限られた不一致のデータシート情報という課題にも対処します。結果を探求し、回路の効率と信頼性を向上させるための情報に基づいた決定を下してください。

クラスXおよびクラスY安全コンデンサ

Class XとClass Y安全コンデンサの使用方法 1 min Blog PCB設計者

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電気技術者

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電気技術者

電気技術者セーフティコンデンサは、電源の入力段や絶縁された電源に使用され、EMIを低減し、低周波数での絶縁を保証するために使用されます。

EMCにおけるヒューマンボディモデル

EMCにおけるヒューマンボディモデルの概要 1 min Blog 電気技術者

電気技術者

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電気技術者ヒューマンボディモデルは、人体からの電荷の蓄積と放電の説明を提供し、ESD中に電荷が回路内でどのように再分配されるかを理解する方法を提供します。