発刊・体裁・価格
発刊 2022年9月26日 定価 55,000円(税込(消費税10%))
体裁 B5判 402ページ ISBN 978-4-86502-239-1 →詳細、申込方法はこちらを参照
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本書のポイント
★ノイズおよびEMC対策実務に携わってきた著者の経験をふまえた役立つ知識を掲載。
☆必要知識からノイズ対策の勘所の内容も掲載。
☆ノイズの原因・必要な知識・関連規格・計測方法・対策手法の全てがこの一冊に。
内容について
本書の前半は、EMC・ノイズ対策に困っている、主に若手技術者を対象に、必要最低限の電磁気の基礎知識から始めて、ノイズとは何か、EMC 規格で何が規定されてどういう試験を 実施するのか、装置の設計でどう対処すべきか、という内容をまとめたものである。
なお、本書では鉄道や通信、電力設備といった社会インフラや自動車で規定される EMC は直接に扱っていないが、ノイズ現象を支配する物理法則が製品毎に異なるわけではないので、参考 になる部分もあると考えている。 本書が、ノイズにお困りの技術者の問題解決のお役に立てれば幸いである。 (書籍内”はじめに”より一部抜粋)
掲載内容の概要
□電子機器とノイズ問題
・ノイズとは？EMCとは何か？ノイズの分類(発生源・伝達経路・性質)、規格・規制上でのノイズとEMCの取り扱い
・規格書の読み方とEMC規格試験の基礎知識
■ノイズ問題解決に必要な理論
・ノイズの現象と性質、電気電子回路の基礎記論(交流の基礎・回路の法則・交流回路の理論)
・電気数学の基礎理論(オイラーの公式・フーリエ変換・ベクトル解析)
・電磁気学の基礎理論(電磁現象・マクスウェル方程式・伝送線路理論・アンテナ理論)
□EMC 規格試験の概要
・エミッション規格（雑音端子・雑音電界強度(CISPR 11:2015+A1 2016 ＋ A2:2019)、
電源高調波・フリッカ (IEC 61000-3-2:2018 ＋ A1:2020)）
・イミュニティ試験
静電気放電(IEC 61000-4-2:2008)、放射イミュニティ ( 無線周波電磁界放射 IEC 61000-4-3:2020)
ファーストトランジェント / バースト (IEC 61000-4-4:2012)、雷サージ (IEC 61000-4-5:2014 ＋ A1:2017)
伝導イミュニティ ( 無線周波電磁界伝導 IEC 61000-4-6:2013)、電源周波数磁界 (IEC 61000-4-8:2009)
電源電圧ディップ・瞬時停電 (IEC 61000-4-11:2020)
■ノイズ問題解決の基礎
・ノイズ対策の基本（ノイズの要素、ノイズ対策とコスト、経験が浅い場合の検討）
・ノイズ設計(設計の基本的考え方、発生源の検討、伝達経路の検討、グラントの設計、シールドの考え方)
・対策段階での対応（ノイズが問題化した際の基本、問題の本質、再現性、実解決力向上の考え方）
□回路と基板のノイズ設計
・プリント基板の基礎知識（基盤とノイズ、伝送経路、信号、リターン経路、電源層・GND層、層構成）
・回路設計の要点（回路構造の設計、能動部品の選択、受動部品の選択、アナ・デジ・パワー混在設計、ノイズ対策部品の選択）
・部品配置の要点（電源回路の配置、デジタル回路の配置、対策部品の配置、アナ・デジ・パワー混在配置、発熱部品の配置）
・配線設計の要点（基板のリターン電流、電源周りの配線、高速信号の配線、クロックの配線、外部接続回りの配線、アナ・デジ・パワー混在配線）
■ケーブルと筐体のノイズ設計
・ケーブルノイズ設計(ケーブルの注意点・ケーブルの種類と選定・コネクタの種類と選定・シールドケーブルの使い方)
・筐体のノイズ設計(筐体の構造とグランド・シールド、樹脂筐体の場合の手法)
□ノイズ対策部品
・磁性コア類(磁性コア類の特徴、コアを用いたフィルタの構成、効果的な使い方)
・フィルタ類(EMC用途フィルタ、電源ラインフィルタ、信号用フィルタ、ESD保護素子、サージ保護素子)
・グランドシールド部材(ガスケット類、フィンガー類、クランプ類、アース線、チューブ類、導電窓)
・電磁波吸収体(電磁波吸収シート、防護シート、導電塗装)
■ノイズ計測
・単位系(デシベル、電圧・電流・電力、電界強度・磁界強度、dB表記での注意点)
・各種測定(波形測定、スペクトル測定、電波暗室とレシーバ)
著者
倉西技術士事務所 所長 倉西英明 先生
「講師略歴」
1990年 富士写真フイルム ( 現富士フイルム ) に入社
～2016年5月 印刷用スキャナ等の回路設計と装置開発、
医療機器(X線診断、内視鏡、体外診断装置)の要素研究から回路開発、ノイズ対策設計、市場対応までに従事。
2016年6月～ 技術士事務所を開設し独立。各種セミナー講師の他、
医療機器、車載機器を中心としたノイズ設計と対策の技術支援を実施。
(株)キョウデンとノイズ基板設計支援で協業。
「資格および技術」
工学修士、技術士 ( 電気電子部門 )、第一級陸上無線技術士、電気通信主任技術者 ( 伝送交換、線路 )、iNARTE EMC Engineer、iNARTE/KEC EMC Senior Design Engineer
目次
第１章 電子機器とノイズ問題
１．電子機器と電磁環境
１．１ 電磁環境とは何か
１．２ ノイズの定義
１．３ ノイズと干渉
１．４ EMC とは
２．ノイズの分類と性質
２．１ 発生源による分類
(1) クロック
(2) 電力スイッチング
(3) 人体 ( 静電気 )
(4) 無線局・放送局・携帯電話
(5) 雷
(6) 機械接点
２．２ 時間的性質による分類
(1) 過渡的現象
(2) 連続的現象
２．３ 伝達経路による分類
(1) 伝導ノイズ
(2) 放射ノイズ
３．ノイズと規格
３．１ EMC 規格試験の目的
(1) 放送・通信の保護
(2) 安全性や性能の確保
３．２ 規格と規制の関係
３．３ 規格書の読み方
(1) 規格の番号表記
(2) 助動詞
(3) 引用
(4) 規格書の社内共有
３．４ 規格の分類と適用順序
(1) 基本規格 例 CISPR16
(2) 共通規格 例 IEC-61000-6-x
(3) 製品規格 例 IEC 60601-1、CISPR32
(4) 個別規格 例 IEC 60601-2-x
３．５ 規格の依存関係
３．６ EMC 規格試験の基本
(1) 試験条件
(2) 試験レベル
(3) 合否判定基準
(4) 禁止事項
第２章 ノイズ問題解決に必要な理論
１．理論と実際
１．１ ノイズ問題の性質
(1) ノイズは不可視である ( 目に見えない )
(2) 現象に再現性がない
(3) 「複雑系」を相手にしなければならない
１．２ シミュレーションと実験
１．３ ノイズと学問分野の関連
２．電気・電子回路
２．１ 交流の基礎知識
(1) 周期と周波数
(2) 振幅
(3) 伝搬速度
(4) 波長
２．２ 回路の諸法則・定理
(1) オームの法則
(2) 可逆定理
２．３ 交流回路理論
(1) 交流理論と回路要素
(2) 抵抗と抵抗回路
(3) キャパシタンスと容量性リアクタンス
(4) インダクタンスと誘導性リアクタンス
(5) 自己インダクタンスと相互インダクタンス
(6) 配線・線路のインダクタンス
(7) インピーダンス
(8) 共振現象
２．４ 様々な回路
(1) 発振回路
(2) 電源回路
(3) アナログ回路
(4) デジタル回路
２．５ 意図しない回路
(1) 浮遊容量と浮遊インダクタンス
(2) 抵抗の周波数特性
(3) キャパシタの周波数特性
(4) インダクタの周波数特性
(5) トランスの特性
３．電気数学
３．１ 複素数演算
(1) 2 つの複素数が等しいということ
(2) オイラーの公式の意味
３．２ 三角関数
(1) 三角関数の「角度」に関するもの…加法定理・倍角公式
(2) 三角関数同士の積と和に関するもの…積和・和積公式
(3) 三角関数の合成
３．３ フーリエ変換
(1) フーリエ級数
(2) 様々な関数(波形)のフーリエ係数
(3) 台形波数とスペクトル
(4) フーリエ変換
(5) 高速フーリエ変換(FFT)
３．４ ベクトル解析
(1) 内積
(2) 外積
(3) スカラー関数の勾配
(4) ベクトル関数の発散
(5) ベクトル関数の回転
４．電磁気学
４．１ 電磁現象
(1) 静電現象とキャパシタンス
(2) 電流と磁界とインダクタンス
４．２ マクスウェルの方程式
(1) 各方程式の意味
(2) 平面波の波動方程式
(3) 進行波と後退波
４．３ 電磁波の諸現象
(1) 電気影像
(2) 表皮効果
(3) 近傍界と遠方界
(4) 電磁波の反射と透過
(5) 電磁波の散乱
(6) 直線偏波と楕円偏波
４．４ 伝送線路理論
(1) 伝送線路の種類と特徴
(2) 分布定数回路の考え方
(3) 伝搬定数と特性インピーダンス
(4) 反射と透過
(5) インピーダンス整合
(6) コモンモードとノーマルモード
(7) 差動伝送
(8) 平衡伝送路と不平衡伝送路
４．５ アンテナ理論
(1) 微小アンテナ
(2) アンテナの利得と効率
(3) アンテナの指向性
(4) アンテナのインピーダンス
(5) 注意すべきアンテナ
第３章 EMC 規格試験の概要
１．エミッション規格
１．１ 雑音端子電圧 (CISPR 11:2015+A1 2016 ＋ A2:2019)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と計測法
(3) 限度値
(4) 試験の要点
１．２ 雑音電界強度 (CISPR 11:2015+A1 2016 ＋ A2:2019)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と計測法
(3) 限度値
(4) 試験の要点
１．３ 電源高調波 (IEC 61000-3-2:2018 ＋ A1:2020)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と計測法
(3) 限度値
(4) 試験の要点
１．４ フリッカ (IEC 61000-3-3:2013+A1:2017 ＋ A2:2021)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と計測法
(3) 限度値
(4) 試験の要点
２．イミュニティ試験
２．１ 静電気放電 (IEC 61000-4-2:2008)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と妨害印加法
(3) 規格値 ( 試験レベル )
(4) 試験の要点
２．２ 放射イミュニティ ( 無線周波電磁界放射 IEC 61000-4-3:2020)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と妨害印加法
(3) 規格値 ( 試験レベル )
(4) 試験の要点
２．３ ファーストトランジェント / バースト (IEC 61000-4-4:2012)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と妨害印加法
(3) 規格値 ( 試験レベル )
(4) 試験の要点
２．４ 雷サージ (IEC 61000-4-5:2014 ＋ A1:2017)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と妨害印加法
(3) 規格値 ( 試験レベル )
(4) 試験の要点
２．５ 伝導イミュニティ ( 無線周波電磁界伝導 IEC 61000-4-6:2013)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と妨害印加法
(3) 規格値 ( 試験レベル )
(4) 試験の要点
２．６ 電源周波数磁界 (IEC 61000-4-8:2009)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と妨害印加法
(3) 規格値 ( 試験レベル )
(4) 試験の要点
２．７ 電源電圧ディップ・瞬時停電 (IEC 61000-4-11:2020)
(1) 試験の目的・概要
(2) 試験セットアップ例と妨害印加法
(3) 規格値 ( 試験レベル )
(4) 試験の要点
第４章 ノイズ問題解決の基礎
１．基本的な考え方
１．１ ノイズも信号の一種
１．２ ノイズの 3 要素と結合形式
(1) ノイズの 3 要素
(2) ノイズの結合形式
１．３ ノイズ対策とコスト意識
１．４ 経験が浅い場合
２．ノイズ設計
２．１ ノイズ設計の考え方
(1) ノイズを「設計」する、とは？
(2) ノイズを出さない / 入れない設計
(3) 危険予知的方策
(4) 高価な対策の導入
(5) ソフト的対策
(6) ノイズ評価と現場対策
２．２ ノイズ発生源の着眼点
(1) 静電気放電
(2) 接点放電
(3) 雷放電
(4) パワエレ回路
(5) クロック系回路
(6) ロジック回路
(7) 通信 ( 有線 )
(8) 通信 ( 無線 )
２．３ 伝達経路の着眼点
(1) 導体が経路となるケース
(2) 空間が経路となるケース
２．４ アンテナの着眼点
(1) 波長と金属物の長手方向の大きさ
(2) 浮いている、或いは、浮き気味の金属
(3) 穴や隙間
２．５ グランド
(1) 電子機器のグランドとは何か
(2) グランドを設計するという考え方
(3) 安全のためのグランド＝アース
(4) シグナルグランドとフレームグランド
(5) グランドシステム
(6) グランドループ
２．６ シールド
(1) シールドの原理と考え方
(2) 電界・磁界・電磁シールド
(3) シールド効果の見積
３．対策段階での考え方
３．１ ノイズ問題が起きた時
(1) 原因究明を省略した解決策の問題点
(2) ノイズ問題と顧客対応
３．２ 問題の本質の掴み方
３．３ 再現性の確保
(1) 機内のケーブルは固定する
(2) 筐体や板金固定のネジ締めは確実に
(3) 使用するケーブルは同じにする
(4) 物の配置は毎回同じにする
(5) 温湿度は大きく異ならないようにする
(6) ノイズ解析専用の号機を確保する
３．４ 実解決力アップ
第５章 回路と基板のノイズ設計
１．プリント配線の基本
１．１ 基板とノイズ
１．２ 伝送線路の実際
(1) 基板パターンと伝送パラメータ
(2) 基板上にできる「理想的でない」部分
(3) クロストーク
１．３ 信号とリターン経路
(1) リターン電流の考え方
(2) リターン経路の決まり方
(3) リターン電流の幅方向分布
１．４ 電源層・GND 層
(1) GND 層と電源層の重要性
(2) 内層のパスコン化
(3) 筐体との接続
１．５ 層構成
(1) 層構成の考え方 (6 つの原則 )
(2) 片面板
(3) 両面板
(4) 4 層板
(5) 6 層板
(6) 8 層板
(7) 10 層以上
２．回路設計の要点
２．１ 回路構成の設計
(1) 機能と基板の割当て
(2) グランドシステムの設計
(3) パワエレ回路のノイズ設計
(4) 外部 ( 機外 ) 接続の設計
(5) 子亀基板
２．２ 能動部品の選択
(1) 出力のドライブ能力
(2) MOSFET の逆回復時間
(3) パッケージの選択
(4) その他デバイスの選択
２．３ 受動部品の選択
(1) コネクタの形状と選択
(2) キャパシタの選定
(3) インダクタの選定
２．４ アナ・デジ・パワー混在設計
(1) 電源・GND の分離と接続
(2) 回路部分の考え方
(3) 大電力回路を含む設計
２．５ ノイズ対策部品の選択
(1) パスコンの設計と選定
(2) ダンピング抵抗
(3) フィルタの挿入位置
３．部品配置の要点
３．１ 電源系回路の配置
(1) PI 問題と電源系の配置
(2) スイッチング電源回路の配置
(3) 特にノイズの大きな電源系回路
(4) スイッチング回路の部品配置
３．２ デジタル回路の配置
(1) 高速基板のグランドデザイン
(2) IC のピン配置と部品の配置
(3) 発振器・発振子の配置
(4) 差動信号のケーブルドライバ IC の配置
３．３ 対策部品の配置
(1) パスコンの位置
(2) 信号用フィルタの配置
(3) 電源用フィルタの配置
(4) ダンピング抵抗の配置
(5) GND 強化部品の配置
３．４ アナ・デジ・パワー混在配置
(1) アナ・デジ回路の分離
(2) A/D、D/A コンバータ等の配置
(3) 微小レベルアナログ回路の配置
(4) パワエレ回路とそれ以外の回路の配置
３．５ 発熱部品の配置
４．配線設計の要点
４．１ 基板上のリターン電流
(1) 高速信号のリターン経路
(2) via とリターン経路
(3) スリットとリターン経路
(4) 基板エッジとリターン経路
４．２ 電源周りの配線
(1) スイッチング回路の配線
(2) パスコン等の対策部品周りの配線
(3) 機能毎に電源ピンがある IC の配線
(4) 電源フィルタ周りの配線
(5) 内層ベタの配線
(6) GND 強化 via
(7) 基板端のGND層と電源層
４．３ 高速信号の配線
(1) クロックの配線
(2) 差動信号の等長性・対称性
(3) シングルエンド信号のリターン経路の確保
(4) 差動信号のリターン経路の確保
(5) ダンピング抵抗の配線
(6) 高速差動アナログ回路の配線
４．４ 外部接続周りの配線
(1) 静電気対策の配線ポイント
(2) 対策部品周りの配線
(3) 物理層 IC とコネクタ間の配線
(4) 挿入実装コネクタのピンと内層の配線
４．５ アナ・デジ・パワー混在配線
(1) 電源層の島状分離
(2) 内層の重なり
第６章 ケーブルと筐体のノイズ設計
１．ケーブルのノイズ設計
１．１ ケーブルが要注意である理由
(1) ケーブルの結合
(2) ケーブルの共振
(3) コモンモード放射・受信
(4) 外部電磁界の誘導
１．２ ケーブルの種類と選定
(1) 平行 2 線
(2) ツイストペア
(3) フラットケーブル ( リボンケーブル )、FPC、FFC
(4) 同軸ケーブル
(5) ケーブルの仕様と選定
１．３ コネクタの種類と選定
(1) 機外接続用金属シェルコネクタ
(2) 基板対基板コネクタ
１．４ シールドケーブルの使い方
(1) 片端接地か両端接地か
(2) ピグテールの悪影響
(3) フレームへの接続法
(4) ケーブル製作上の要点
２．筐体のノイズ設計
２．１ 筐体の構造とグランド
(1) グランド系の設計とグランドマップ
(2) 筐体内のグランド設計
(3) 金属の接触面
(4) 可動部の導通接触
(5) 静電気を回路に入れない設計
(6) ケーブルの経路
２．２ 筐体の構造とシールド
(1) シールドケース
(2) シールドと穴
(3) シールドと GND
２．３ 樹脂筐体の場合
(1) 静電気に対する手法
(2) エミッションに対する手法
(3) 放射イミュニティに対する手法
第７章 ノイズ対策部品
１．磁性コア類
１．１ 磁性コア類の特徴
(1) コア材の種類と特性
(2) 割りコアとドーナツコア
(3) ノイズフィルタとしての動作原理
(4) 使用時の注意点
１．２ コアを用いたフィルタの構成
(1) ノーマルモードフィルタの動作原理
(2) コモンモードフィルタの動作原理
１．３ 効果的な使い方
(1) コモンモードコイルの巻き方
(2) 複数回巻きの注意点
(3) コアを入れる位置
２．フィルタ類
２．１ EMC 用途のフィルタ
(1) フィルタの一般論
(2) 電源系フィルタ
(3) 信号系フィルタ
(4) パルスノイズ保護素子
２．２ 電源ラインフィルタ
(1) 構成と動作原理
(2) 安全規格
(3) 低漏れ電流形フィルタ
(4) 選定及び実装上の注意
２．３ 信号用フィルタ
(1) 構成と動作原理
(2) 特性インピーダンス
(3) 実装上の注意
２．４ ESD 保護素子
(1) TVS の構造と動作原理
(2) 基板実装上の注意
２．５ サージ保護素子
(1) 金属酸化物バリスタ (MOV) の構造と使用上の注意
(2) ガス入り放電管 (GDT) の構造と使用上の注意
３．グランド・シールド部材
３．１ ガスケット類
３．２ フィンガー類
３．３ クランプ類
３．４ アース線
３．５ チューブ類
３．６ 導電窓
４．電磁波吸収体
４．１ 電磁波吸収シート
４．２ 防磁シート
４．３ 導電塗装
第８章 ノイズ計測
１．単位系
１．１ デシベル
(1) デシベルの定義
(2) 覚えておくと便利な値
１．２ 電圧・電流・電力
(1) 電圧
(2) 電流
(3) 電力
１．３ 電界強度・磁界強度
１．４ dB 表記での注意点
２．各種測定
２．１ 波形測定
(1) 高速過渡応答測定
(2) 高速差動信号測定
(3) コモンモードノイズ電流測定
２．２ スペクトル測定
(1) スペアナの構成と測定原理
(2) バンド幅(RBW)の調整
２．３ 電波暗室とレシーバ
(1) 電波暗室の構造
(2) レシーバでの測定と検波モード
(3) 測定手順
(4) 間欠放射の測定
