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放射エミッション推定

小ループアンテナモデルを使用したPCB電流ループからの遠端放射エミッションを推定。CISPR 22/FCC クラスBとの比較。

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公式

E ≈ 263 × f² × A × I / r [V/m, f in MHz, A in m²]

参考: Henry Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering

f — Frequency (MHz)
A — Loop area (m²)
I — Loop current (peak) (A)
r — Distance (m)

仕組み

PCBからの放射は、主に電流ループによって引き起こされます。電流ループは、高周波電流を流すトレースによって小さなループアンテナを形成します。自由空間内の小さな電流ループからの距離 r での電界は、E ≈263 × f² × A × I/r [V/m] で近似されます。ここで、f は MHz、A はループ面積 (m²)、I は A のピーク電流です。一般的な測定単位 E [dBμV/m] = 20·log( E × 10) に換算します。CISPR 22 クラス B では、30 ～ 230 MHz の周波数について、3 m での放射エミッション制限を 40 dBμV/m に設定しています。マージン = 40 − E_測定値 [dBμV/m]多くの場合、設計後のシールドよりも、ループ面積を減らす (グランドリターンルーティングを狭くする) か、スイッチング周波数を減らす方が効果的です。

計算例

問題: PCB スイッチング・コンバータは、1 cm² のループを通して 100 MHz で 10 mA のピーク電流を流します。CISPR 22 クラス B と比較した場合、3 m における電界の推定値はどれくらいですか。また、マージンはどの程度でしょうか。
解決策:
1。変換単位: I = 10 mA = 0.01 A、A = 1 cm² = 1×10m²、f = 100 MHz、r = 3 m
2.E = 263 × 100² × 1×10× 0.01/ 3 = 263 × 10,000 × 10× 0.01/3 = 263 × 10,000 × 3.33×10= 8.77 μV/m
3.E [dBμV/m] = 20·log( 8.77) = 18.9 dBμV/m
4.マージン = 40 − 18.9 = 21.1 デシベル
結果: 21 dB のマージンは問題ありませんが、PCB には複数のループがある可能性が高いため、累積効果はより大きくなる可能性があります。マージンを改善するには、ループ面積またはスイッチング電流を減らしてください。

実践的なヒント

  • ✓ループ面積の最小化：リターン電流は信号トレースの真下に配線し、しっかりしたグランドプレーンを使用し、デカップリングコンデンサはICの近くに配置してください。
  • ✓経験則では、ループ面積を半分にすると電界が6 dB減少します。これは通常、シールドエンクロージャーを追加するよりも安価です。
  • ✓プリコンプライアンススキャンでは、変更を加える前に近接場Hフィールドプローブを使用して主要なエミッションループを特定します。

よくある間違い

  • ✗この式から正確な絶対値が得られると仮定すると、これは地表の反射、受信アンテナのアンテナ係数、および複数の光源の結合を無視した単純な遠方界推定値です。
  • ✗放射がf²に比例して増加することを忘れてしまい、周波数を2倍にすると放射電界が4倍になります。これが、高周波クロックが主要な放射源である理由です。
  • ✗CISPR 22では、わずか3mで測定して通過させる必要があります。CISPR 22では、30 MHz～1 GHzのスイープが必要になります。ピーク放射は、スイッチング周波数の高調波が高くなると発生することがよくあります。

よくある質問

CISPR 22（現在はCISPR 32に取って代わられています）は、主にヨーロッパで使用されるマルチメディア機器に制限を設けています。FCC パート 15 クラス B でも同様の制限が適用されています（230 MHz 未満では 3 m で 40 ～ 43 dBμV/m）。実際には、どちらもほぼ同じ値に収束します。
はい、ただしおおよその値です。グランドプレーン上のマイクロストリップトレースは部分ループを形成します。有効なループ面積は、プレーン上のトレースの高さと長さによって決まります。この式から、コンプライアンス前の設計判断に役立つ桁違いの推定値が得られます。
あくまで目安です。この式では、自由空間に孤立したループが 1 つあると仮定しています。実際の製品にはたくさんのループ、レゾナンス、リフレクションがあります。比較設計分析に使用してください (どの修正方法でエミッションをより削減できますか?)絶対的な合格/不合格予測ではなく。

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