1 はじめに

現在、電子デバイスが非常に大量に使用されていることと、これらのデバイスのサイズが継続的に縮小していることから、電磁干渉 (EMI) は回路設計者にとって大きな問題となっています。通信、計算、オートメーションで使用する回路は、互いに近接した場所で動作する必要があります [1]。製品は、政府の電磁適合性 (EMC) 規制にも準拠する必要があります。事実上すべての国が、自国内で流通、販売される電子製品の EMC を規制しています。米国では、連邦通信委員会 (FCC) がすべての商用 (非軍事用) の電磁放射源 [2] を規制し、米国規格協会 (ANSI) の C63.4 [3] などの規格で放射および伝導 EMI テスト手順を規定しています。欧州連合 (EU) の各国は、電磁エミッションと電子機器の耐性の両方を規制しています。電磁適合性指令 [4] は基本的に、機器が EMC の整合規格に準拠し、それに基づいてテストおよびラベル付けされる必要があると規定しています。

さまざまな種類の機器に関連する多数の EMC 規格があります。たとえば、国際電気標準会議 (IEC) 61000 規格は、ほとんどの商用製品の耐性要件を網羅しているのに対し、Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 32 規格は伝導型と放射型のエミッションに関する制限を規定しています [5]。 表 1 に、関連する製品分野の CISPR、欧州規格、FCC 規格を示します。米国や EU 以外の多くの国では、FCC または EU の EMC 要件への準拠を指定しているか、独自の要件があります。米国と欧州以外の国や地域の規制は、多くの場合、FCC または EU の要件に似ています [6]。

スマート メーターなど特定の種類の機器を検討する場合、低 EMI のニーズはさらに明白になります。スマート電気メーターは、将来の配電にとって重要な要素です。電力会社とエンド ユーザーの両方に使用状況に関するリアルタイム データを提供することで、利用者がエネルギー使用量を監視することができ、メーター読み取りを行う必要がなくなります。スマート メーターの大半は、ワイヤレス M-Bus や ZigBee などのワイヤレス通信 [7] を経由するか、携帯電話ネットワーク (GSM、LTE cat NB1-NB2、2G/3G/5G) に接続します。図 1 に示すように、スマート電気メーターは無線周波数 (RF) トランスミッタ回路を搭載しており、通常はエネルギー メーター (計測) 回路基板と同じハウジングに搭載されます。800MHz、900MHz、1,800MHz、2,100MHz、2,700MHz などの周波数で動作する RF 通信に影響を与えないように、計測回路からの放射エミッションを最小限に抑えることが重要です。計測回路は、感受性の高いエネルギー測定フロント エンドへの RF ノイズの注入による課金エラーを防止するために、電磁感受性 (ワイヤレス通信からの電磁エネルギーに耐える能力) の点でも耐性を持つ必要があります。

ここでは、EMI の発生源、特に放射エミッションについて説明します。また、詳細なレイアウト例や測定結果など、アナログ シグナル チェーンの EMI を最小化するいくつかの手法を提示します。