スマートフォンやロボット、自動車の高性能化によって我々の暮らしが便利になりました。これらの電子機器が発生するノイズは、他の機器に影響を及ぼしたり、逆に他の機器が発するノイズから影響を受けて誤動作を引き起こしたりします。
これらはEMCと呼ばれ、EMCの軽減対策を施すことは製品設計において必要不可欠です。本コラムではEMCの基本から発生原因、軽減対策までを徹底解説していきます。

EMCの基本

EMCの基本説明

EMCとは、Electro Magnetic Compatibilityの略称で、EMI(Electro Magnetic Interference)やエミッションと呼ばれるものとEMS(Electro Magnetic Susceptibility)やイミュニティと呼ばれるものを総称したものです。
JISではEMI(エミッション)のことを電磁障害、EMS(イミュニティ)を電磁感受性、EMCを電磁両立性と定義しており、言葉のとおり装置またはシステムの存在する環境において、製品が周囲のものへノイズを放出して影響を与えることをEMI(エミッション)、また周囲のものからのノイズによって製品が影響を受けてしまうことをEMS(イミュニティ)といい、EMIとEMSの影響下でも正常に動作する(両立する)ようなものがEMCを満足する製品となります。

ノイズの種類：伝導ノイズ、放射（輻射）ノイズ

EMCではさまざまなノイズに対して規格が用意されており、それらを満足する必要があります。
満足させるためにはまずどのようなノイズがあるかを理解する必要があり、大きく分けて伝導ノイズと放射(輻射)ノイズの2種類が存在しています。
伝導ノイズは電源や信号用のケーブル、プリント基板の配線など導体をとおして伝わるノイズのことで、放射ノイズは空中に放出されるノイズのことを指します。

EMCの発生原因

ノイズの発生源

EMCにおける電磁ノイズの発生源は、電流や電圧の影響で電磁界が急激に変化する箇所です。
また発生源や発生状況によってノイズの性質も異なり、振幅や波形、立ち上がり時間などの要素で「高周波ノイズ」「パルス性ノイズ」「サージ性ノイズ」の3つに分類されます。
1つ目の高周波ノイズとは、主にスイッチング電源や高速デジタル回路で発生する電圧及び電流の急激な変化によるノイズで、EMIノイズと言えば一般的にこの高周波ノイズを指します。
2つ目のパルス性ノイズとは、リレーやモーター駆動時に生じるノイズで、高周波ノイズと比べてエネルギー量が多く、その電圧は数千ボルトにも達することがあります。
3つ目のサージ性ノイズとは、電力供給の急激な電圧上昇や誘導雷で突然発生するノイズで、エネルギー量が非常に多く、仮に雷が直撃した場合、ピーク電圧は数千〜数十万ボルトに達するとされています。機器が損傷したり、発火して火災が発生する恐れもあるため、サージ性ノイズに対するイミュニティは製品開発において重要な課題となります。

ノイズの発生モード

EMCにおいて、電磁ノイズの発生メカニズムは「ノーマルモードノイズ」と「コモンモードノイズ」の2つに分けられます。
ノーマルモードノイズはディファレンシャルモードノイズとも呼ばれ、電源ライン間に発生するノイズで、ノイズが出ていく向きと入ってくる向きが異なります。
対してコモンモードノイズとは、電源ラインや信号ラインとグランドの間に発生するノイズで、同位相のノイズが同じ方向に進み、大地を介してノイズ源に戻ります。

EMCの軽減対策

ノイズ対策（EMC対策）の必要性

スマートフォンや家電、ロボットなどの普及によって、私たちの生活がより快適に、より便利になっていく一方で、これらの電気・電子機器から発生する電磁ノイズが原因で機器に悪影響が及ぶことがあります。
例えば、電子レンジを使うとWiFiの通信速度が低下したり、Bluetooth接続のヘッドセットの音が途切れたりする事象はよく見られるノイズの影響です。
また過去には、ノイズの影響によって、医療機器や産業用ロボットが誤作動を起こしたり、エレベーターが異常動作を起こすなど、人命に関わる事故が発生したケースもあります。
このような電磁ノイズによって生じる問題は「EMC問題」と呼ばれ、EMC対策の重要性は今後もますます高まっていくことが予測されています。
また、近年では車に搭載されるセンサーが急増しており、EMCにより誤動作を起こす可能性があり、特に車載におけるEMC対策は必要です。

ノイズ対策（EMC対策）の基本

ノイズ対策（EMC対策）の基本は、機器からノイズを出さないように対策するエミッション対策（EMI対策）と、外部からノイズを受けても正常に動作するように耐ノイズ性を高めるイミュニティ対策（EMS対策）です。
例えば、発生源のノイズレベルを下げたり、ノイズを伝達しにくくしたり、障害を受けにくい設計を施すなどして、対策を講じていきます。

EMC規格・EMC規制

電磁ノイズによる被害を出さないようにするために厳しいEMC規格が設けられており、EMC規格は技術の進歩やEMC問題を受けて変化し続けています。
そして、EMC規格には世界的に通用する国際規格や、ある特定の地域で利用される地域規格、国ごとに定められている国家規格があり、さらに業界や企業の中で独自に策定されている地区規格も存在します。

国際規格：IEC規格、CISPR、ISO規格など
地域規格：ASEAN規格、EN規格など
国家規格：JIS規格、ANCI規格、FCC規格など
地区規格：業界規格、企業規格

ノイズ対策（EMC対策）の具体例

ノイズ対策（EMC対策）では、主に次のような対策及びデバイスを使って、ノイズの影響を最小限に抑えていきます。

回路の配置を工夫する：グランド、寄生成分の少ないパターン設計など
シールド（遮蔽）する：金属板、電波吸収シート、ガスケット、導電テープなど
反射させる：インダクタ、LCフィルタ、EMIフィルターなど
バイパス（迂回）させる：コンデンサー、バリスタ、プロテクションダイオード、LCフィルター、EMIフィルターなど
吸収させる：抵抗、フェライトビーズ、電波吸収シートなど
拡散させて低減する：^※スプレッドスペクトラム対応DC/DCコンバーターなど

※スプレッドスペクトラムとは：クロック周波数を微細に変動させる（変調する）ことで、スペクトラム拡散する技術。これにより放射が1つの周波数に集中しなくなり、ノイズレベルを低減できる。

まとめ

本コラムでは、EMCの基本から発生原因、軽減対策、及び規格についても触れさせて頂きました。
軽減対策について、ネクスティエレクトロニクスではさまざまな対策関連製品を取り扱っています。
また、EMC試験には専用試験サイトでの実験が必要になる事もあります。
対策製品のご提案はもちろんの事、試験サイトのご紹介もさせて頂きますので、お気軽にお問合せください。

A thorough explanation of everything from the basics of EMC to causes and mitigation measures