EMC シールドとフィルタリング
シールドとフィルタリングは、2つの基本的なEMC緩和手法です。シールドは放射される電磁界を物理的に封じ込めるか、遮断します。フィルタリングはケーブルや電力線の伝導ノイズを減衰させます。ほとんどの実用的な設計では、どちらも必要です。どちらを選択するか (または組み合わせるか) は、ノイズの結合経路によって異なります。
電磁シールド
シールドは、導電性のエンクロージャーまたはガスケットを使用して電磁場を封じ込めたり、排除したりします。有効性は減衰量の dB 単位で測定されます。頑丈なアルミニウム製の筐体では 80～120 dB のシールドが得られ、開口部と継ぎ目のあるスチール製の箱は 40～80 dB のシールドが得られます。
Advantages
- 放射性エミッションと感受性に同時に対処
- 回路全体を保護 — 個々のノイズ源を特定する必要はありません
- 適切に実装すればMHzからGHzまで有効
- 多くの FCC/CE 認定カテゴリーで必須
Disadvantages
- コスト、重量、機械的な複雑さが増す
- 開口部 (コネクター、通気口、ディスプレイウィンドウ) はシールドを著しく低下させます
- ケーブルエントリポイントはフィルタリングする必要があります — ケーブルはシールドをバイパスします
- 低周波磁気シールドにはアルミニウムではなくミューメタルが必要
When to use
優れたPCB設計にもかかわらず放射エミッションが制限を超える場合、製品が敏感なRF機器の近くで動作する場合、およびノイズ源と被害者をPCB上で分離できない場合は、シールドを使用してください。
EMC フィルタリング
フィルタリングは、電力線、信号ケーブル、およびI/Oインターフェースの伝導ノイズを減衰させます。一般的なフィルタには、LC フィルタ、コモンモードチョーク、フェライトビーズ、フィードスルーコンデンサなどがあります。フィルタは、ノイズがケーブルを介して漏れたり入ったりするのを防ぎます。
Advantages
- 伝導エミッションへの対処 — ほとんどのFCC/CE電力線試験で必要
- ケーブルが放射エミッションのアンテナとして機能するのを防ぎます
- 多くの製品でフルエンクロージャーシールドよりもコストが低い
- 個々の信号線に選択的に適用可能
Disadvantages
- PCB自体からの放射エミッションを止めない
- PCBレイアウトが不十分な場合（フィルターのバイパス）、フィルターの効率が低下します
- 安全基準（漏れ電流）によって制限された電源ラインフィルタ
- コンポーネントの寄生成分が高周波減衰を制限する
When to use
すべての電源入力、信号入出力、およびケーブルインターフェースでフィルタリングを行います。伝導性エミッションの第一の防衛線であり、ケーブル放射の防止にも不可欠です。
Key Differences
- ▸シールドは放射エミッション/イミュニティに対処し、フィルタリングは伝導エミッション/イミュニティに対処します
- ▸ケーブルバイパスシールド — すべての貫通部でフィルタリングと組み合わせる必要があります
- ▸フィルタリングを行ってもPCBの放射は止まりません。シールドにはその放射が含まれます
- ▸完全なEMCソリューションには、伝導ノイズのフィルタと放射ノイズのシールドの両方が必要
- ▸フェライトビーズは小型で低コストのCMフィルタで、30MHz以上ではケーブルに有効
Summary
フィルタリングとシールドは補完的なものであり、代替手段ではありません。すべての伝導インターフェース (電源、I/O ケーブル) をフィルタリングして、ケーブルがアンテナにならないようにします。エンクロージャーをシールドして、残留放射物質が入らないようにします。適切なEMCアプローチでは、最初にフィルタリングを適用し（安価で根本原因に対応）、次に残りの放射問題に対してシールドを追加します。
Frequently Asked Questions
私の製品にはどのようなシールド効果が必要ですか？
ほとんどの商用製品では、FCCパート15B/CISPR 22に準拠するために40〜60 dBのシールドが必要です。医療機器 (IEC 60601) では 60 ～ 80 dB を必要とする場合があります。ミリタリー (MIL-STD-461) では 80 ～ 120 dB を必要とする場合があります。必要な SE は、内部ノイズレベルと外部エミッション制限によって異なります。
ケーブルの貫通部がシールドを劣化させるのはなぜですか？
シールドを通るケーブルはいずれも、伝導ノイズを内部から外部へ（またはその逆に）伝達します。ケーブルはアンテナの役割を果たし、シールドに含まれるはずのノイズを放射します。この問題を解決するには、フィードスルー・フィルタまたはフェライト・ビーズを使用して、シールド境界のケーブル貫通部をすべてフィルタリングします。
フェライトビーズとは？どんな時に使えばいいの？
フェライト・ビーズは、100MHzを超える周波数で高インピーダンス（通常は100～1000Ω）を示すインダクタです。電源ピンや入出力ラインの直列フィルタとして使用すると、DC 信号や低周波信号に影響を与えずに高周波ノイズを減衰します。ノイズ源の近くに配置するとEMCに効果的です。
シールドはESDでも機能しますか？
はい。接地された導電性エンクロージャは、ESD電流をグランドに分流し、電界の侵入を防ぎます。シールドには低インピーダンスの接地 (接地部分が短く幅が広い) が必要です。また、ESDに敏感な設計では、シールドされたエンクロージャがあってもケーブルを介してESDが侵入する可能性があるため、I/OポートにTVSダイオードも必要です。