電磁妨害
簡単に言えば、電磁干渉 (EMI) は、敏感な電子機器やシステムに対する電磁場 (無線周波数など) の影響です。 驚くほど広範囲に広がり、システムに深刻な損傷を与える可能性があります。 幸いなことに、この問題にはフィルタリングとシールドという 2 つの解決策が考えられます。
EMI フィルタリングとシールドは、電子デバイスまたはシステムにおける EMI の問題に対処するために使用される 2 つの異なる技術です。 電子システムでは、システムからの EMI ノイズである放射および伝導エミッションだけでなく、放射および伝導の感度も懸念されます。
しかし、違いは何でしょうか？
フィルタリング
EMI、EMC、および保護のニーズに関する簡単な歴史
1930 年代、ラジオが世界中で急速に家庭の必需品になったとき、ユーザーは周波数が他の電子機器や電気機器に与える奇妙な影響に気づき始めました。 「電磁干渉」として知られるこの現象は、誤った無線信号から機器を保護する方法の必要性を明確に示しました。
これらの問題は 1933 年に解決され、パリの国際電気標準会議 (IEC) の無線干渉に関する国際特別委員会 (CISPR) が EMI を最小限に抑えるための最も初期の勧告を発行しました。 あるシステムで発生したノイズが別のシステムのパフォーマンスに干渉しないようにするためにシステムが相互接続されている場合、エミッション制限が発生します。
防衛用途向けのより包括的な EMI フィルタリングおよびシールド方法および機器の必要性は、ベトナム駐留米軍支援のためトンキン湾に展開していた空母 USS フォレスタルが、電子機器の衝突により壊滅的な火災に見舞われた 1967 年には早くも認識されていました。異常がズニ族ロケットを引き起こした。 この結果、134名が死亡、200名近くが負傷した。 後に、事故の根本原因は、飛行甲板上の不適切に取り付けられたシールドケーブルコネクタと複数の電磁場であり、これによりロケットが発火し、近くの航空機の燃料タンクに引火したことが判明した。
その後、1990 年代に携帯電話やその他のポータブル電子機器がより一般的になるにつれて、いくつかの航空会社は、これらの機器やその他の機器からの信号が航空電子工学に干渉し、航空機の安全な飛行や航行能力を妨げる可能性があることに気づきました。 軍事指導者らは、自然か人工かにかかわらず、電磁干渉が全地球測位システム (GNSS) 技術に深刻な干渉を及ぼし、無人航空機が確実に飛行できなくなる可能性があることを発見しました。 軍事活動によって引き起こされる GNSS 干渉と EMI は、今日まで続いている民間航空の飛行の安全性における注目すべき問題です。
無線干渉の後、マイクロ波、赤外線、ガンマ線や X 線など、他の多くの形態の EMI が認識され、それぞれの電磁波はさまざまな方法や機器によって除去できます。CISPR 勧告は、EMI に関する最新の国際標準の基礎を形成しています。 EMI を防止し、電子機器がパフォーマンスに影響を与える干渉なしに共存できる方法を定義します。 これを電磁適合性と呼びます。
電磁両立性 (EMC) は、外部電磁源にさらされたとき、および内部で生成される不要な電磁エネルギーを制限するときの、電気および電子機器の許容可能な動作能力を定義します。
EMC は、機器によって生成される電磁干渉放射の制限、外部の電磁干渉源に対する機器の感受性、および特定の環境で動作するときの機器の耐性という 3 つの側面で構成されます。
さまざまな種類の電磁干渉
EMI は一般に、元の信号の発生源または帯域幅に基づいて 4 つのタイプに分類できます。 狭帯域 EMI は携帯電話、ラジオ、テレビの送信によって発生しますが、広帯域 EMI はより広い無線スペクトルを持ち、送電線などの信号源からの意図しない放射によって発生します。 EMI は、放射線源に応じて、意図的、非意図的、システム間、またはシステム内に分類できます。
意図しない、または「機能しない」EMI は、溶接装置、DC モーター、コンピュータ、電力線などの意図しない装置によって発生します。
- 意図的 EMI (IEMI) は、電子対策や電磁パルス (EMP) 兵器などの電子戦システムの一部として、特別に設計された機器によって放出される EMI です。
-システム間 EMI は、システムまたはデバイスの 2 つのコンポーネント間で発生する干渉ですが、システム間 EMI は 2 つ以上の独立したシステム間で発生します。
さまざまな種類の EMI
EMIフィルタリングとは何ですか?
EMI フィルタリングは、信頼性の高い動作と電磁適合性 (EMC) 規制への準拠を確保するために、電子機器の設計と製造において重要な考慮事項です。
EMI フィルタリングは、電子デバイスまたはシステム内の電磁信号によって引き起こされる干渉を軽減または排除するプロセスです。 電子機器の動作を妨げたり、電磁障害を引き起こす可能性のある不要な電磁信号（ノイズ）を除去するために使用される技術です。
EMI フィルタは通常、デバイスの入力または出力に配置され、パネルまたは PCB に取り付けることができます。 これらは、特定の周波数範囲で EMI を減衰または抑制するように設計されたコンデンサ、インダクタ、抵抗などの受動部品の組み合わせで構成されます。 これらは、電源、オーディオ機器、コンピュータ システム、および高い信頼性と EMC 要件が求められるその他の電子機器などの電子機器で一般的に使用されています。
EMI フィルタは通常、高周波信号または「ノイズ」をブロックしながら、低周波信号を通過させるローパス フィルタです。 コンデンサは特定の周波数を遮断し、他の周波数を通過させます。 コンデンサはグランドプレーンに放電するため、高周波信号が減少します。 インダクタの動作は異なります。 高周波エネルギーを吸収して熱に変換し、高周波ノイズを抑制します。 カスタム フィルタは、コンデンサとインダクタの組み合わせを「微調整」することで、特定の周波数要件を満たすように「調整」できます。
EMIフィルタは、ディファレンシャルモードフィルタとコモンモードフィルタの2種類に分類できます。 ディファレンシャルモードフィルタは 2 つの信号線間で発生する干渉を減衰させますが、コモンモードフィルタは信号線とグランド間で発生する干渉を減衰させます。
EMIシールドとは何ですか?
EMI シールドは、電子デバイスまたはシステムから放出される電磁放射を低減し、外部の電磁信号がこれらのデバイスの動作に干渉するのを防ぐプロセスです。電磁放射は他の電子デバイスの動作に干渉し、誤動作やエラーを引き起こす可能性があるため、EMI シールドが必要です。 EMI シールドには、銅やアルミニウムなどの導電性材料を使用して、デバイスに出入りする電磁信号をブロックまたは減衰します。
EMI シールドは、デバイスの周囲に導電性シールド (ファラデー ケージと呼ばれる) を配置するか、デバイスを導電性材料でコーティングすることによって実現できます。 導電性シールドまたはコーティングは、電磁信号が機器に出入りするのを防ぐバリアを作成し、電磁干渉のリスクを軽減します。EMI シールドは、電子部品、回路基板、ケーブル、さらには電子デバイスやシステム全体に適用できます。
フィルタリングとシールド
フィルタリングとシールドのどちらを選択するかは、デバイスの感度や生成される EMI の量など、さまざまな要因によって決まります。 最適な EMI ソリューションを選択する際には、導電率、サイズ、コストも重要な役割を果たします。
シールドは EMI 管理に包括的なアプローチを採用しますが、フィルターは特定の EMI 領域を対象とします。 シールドは入ってくるエネルギーを反射しながら、ある程度の吸収を生成します。 このエネルギーは熱に変換されるため、何らかの種類の熱管理が必要です。 さらに、シールドに使用される材料の品質は、出力だけでなくシステムの重量にも影響します。つまり、シールドが厚いほど効果は高くなりますが、重量も重くなります。 シールドは EMI を反射して抑制しますが、フィルターは最も多くの干渉を生成するシステム内の脆弱な点に対処することで EMI を除去します。 その結果、特定のニーズに合わせてフィルターをカスタマイズできます。
