2 EMI と放射エミッションの発生源

EMC とは、電気システムが意図する環境で EMI が存在しても適切に機能する能力を意味し、関連する規格 [1] で規定されている制限を超えて電磁環境に対する干渉源にならないことを意味します。

EMI には放射型と伝導型があります。放射干渉は電波の形で伝わり、RF 干渉とも呼ばれます。伝導型干渉は、信号と電力を伝送するケーブル内の電流によって生成される磁界に起因します。

ここでは、放射エミッションの最小化に焦点を当てます。プリント基板 (PCB) またはその PCB に搭載されている集積回路 (IC) の内部には、放射エミッションの主な発生源がいくつか存在します。

• デジタル信号の遷移中に電圧レベルが急速に変化する、クロック信号などのスイッチング信号。これは、信号内の高周波成分が原因で発生します。スイッチング信号とクロック信号は、IC 内および IC 間でのさまざまなコンポーネントの動作の同期に不可欠です。
• 電源ラインを流れる電流に急激な変化を引き起こすスイッチング レギュレータとその他の部品。
• 入出力バッファ、特に、高速の信号遷移を処理する USB、HDMI、イーサネットなどの高速インターフェイスに関連するバッファ。
• IC の内部回路内の非線形動作によって生成される、基本信号より高い周波数の高調波。
• IC のインターコネクトと構造内の寄生静電容量、インダクタンス、抵抗。
• ESD 保護回路をトリガする静電気放電 (ESD) イベント。

図 2 に、テキサス・インスツルメンツの AMC131M03 (ガルバニック絶縁 A/D コンバータ (ADC) [8]) と、その内部アーキテクチャや PCB 上の接続から生じる主な放射エミッション源を示します。ADC は三相電力計用途で使用されます。単相 (位相 A) の回路を 図 2 に示します。このシグナル チェーンは、エネルギー監視の目的で、電圧と電流の測定値を抽出するように設計されています [8]。ADC のチャネル 0 はシャント抵抗を使用して位相電流を測定し、チャネル 1 は分圧回路を通じて位相電圧を測定します [8]。エミッションに最も寄与するのは、高電圧側の絶縁型電源を生成する内部スイッチング DC/DC コンバータ (図 1 の A) です [8]。放射エミッションの発生源で 2 番目に大きいのはデジタル絶縁 (図 2 の b) です。これは、この絶縁がスタック型コンデンサのバリアを通過する高周波のオン / オフ キーイング送信を使用して実装されているためです [8]、[9]。さらに、ADC 変調器のクロック CLKIN (図 2 の c) や、ADC とマイクロコントローラの間のデジタル通信インターフェイス (図 2 の d) などのクロック信号は、幅広い周波数の電磁波を放射します。