構造共振によって引き起こされる EMI 問題のトラブルシューティング

それはあなたにも起こりましたか？ 電磁干渉 (EMI) 問題のトラブルシューティングを行う場合、コンポーネントのさまざまな組み合わせを試してみると、対象の信号が減少することがわかりました。 しかし、別の周波数信号が予期せず限界線を超えて上昇しました。 あるいは、プリント基板 (PCB) にシャーシ プレーンを導入したものの、放射エミッションが改善されるどころか、さらに悪化していることがわかりました。 これらは「回路の共振を調整する」典型的なケースです。

EMI 放射のほとんどは構造共振に関連しています。 構造共振は、電磁適合性 (EMC) がわかりにくい主な理由の 1 つでもあります。 エンジニアは、知らず知らずのうちに、インダクタやコンデンサなどの受動素子を追加して、回路の共振を調整するために何日も何ヶ月も費やすことがよくあります。 場合によっては、幸運にも最終的にパスを与える組み合わせにたどり着くことがあります。 しかし、ほとんどの場合、解決策を見つけるのは困難です。

構造共振をテーマとして膨大な量の研究が行われており、これらの研究の概要は参考資料 1 に記載されています。参考資料 1 には、EMI 問題を特定、特定、修正する方法を示す 2 つの実践的なケーススタディも示されています。構造共鳴に関連しています。

EMC エンジニアリングでは、多くの場合、限られた時間内で問題を解決する (ただし調査はしない) 必要があります。 したがって、効果的でありながら時間を節約できるテクニックが推奨されます。 構造共振の存在を示すインジケーターがあり、エンジニアはこれらのインジケーターを使用して共振構造を特定し、EMI 問題を解決する方法を学ぶことができます。 この記事では、構造共振によって引き起こされる EMI 問題のトラブルシューティングにおける実践的なテクニックについても説明します。 これらの手法を説明するためにケーススタディを示します。

構造が共振するには、次の条件を満たす必要があります。

図 1: 構造共鳴の典型的なケース。 (a) ワイヤー接続された 2 つの PCB。 (b) 同じ接地点を持つ 2 つのキャビネット。

一般に、構造共鳴を特定するには、分析技術、周波数領域技術、時間領域技術を含む 3 つの方法があります。

分析アプローチでは通常、システムをモデル化/シミュレーションするための経験と技術的ノウハウが必要です。 参考文献 1 で紹介されているケーススタディなど、既知の問題がある小規模システムの場合、多くの場合、単純な数学的計算で、被測定デバイス (DUT) の共振周波数を推定するのに十分です。 多くの場合、分析アプローチは 3D 全波シミュレーションまたは特殊な EMC ソフトウェアによって実現されます。

分析アプローチの利点は、プロトタイプを作成する前に予測ができることであり、このアプローチは自動車、航空宇宙、および宇宙アプリケーションの設計と開発で一般的になっています。 多くの場合、そのような企業は、過去に検証されており、新しい研究のために簡単に変更できるシミュレーション モデルを持っています。 しかし、既存のモデルを持たない企業にとって、シミュレーションの構築はコストがかかり、時間のかかる作業になる可能性があります。

周波数領域には 2 つの主要な手法があります。 磁界ループによる反射電力の測定については参考文献 2 で説明されており、同じ方法が参考文献 1 で実証されています。この方法では、多くの場合 PC 基板レベルで疑わしい構造を「嗅ぎ分ける」ために小さな磁界ループが必要です。 Williams は、追跡発生器を備えたスペクトル アナライザーを使用した遠距離場測定を導入しました (参考文献 3 を参照)。 基準信号はトラッキングジェネレータの出力によって DUT に注入され、アンテナは応答信号の測定に使用されます。 この方法は、PCB グランドがエンクロージャ (シャーシ) と共振するアプリケーションに特に役立ちます。 どちらの方法も実用的で、少量のテスト設定のみが必要です。 これらの方法の欠点は、多くの場合 PCB 基板レベルの調査に限定されており、大規模システムでは役に立たないことです。

時間領域では、システムにパルスが注入されたときに RF 電流監視プローブを使用して共振電流を測定することがよく使用されます (参考文献 4 を参照)。 これは、大規模システムや複数の PCB が相互接続されているシステムのトラブルシューティングを行う場合に効果的な手法として機能します。