[ Home > 電気製品の EMC／安全適合性 > EMC+Compliance Journal より ]
翻訳: T.Sato
この記事は、SUN Microsystems, Volume Systems Products (VSP), Compliance-UK で研究されている一連の EMC 設計ツールの開発について議論する。 過去２〜３年のあいだ、Compliance-UK グループは、 ボート／システム・レベルで EMC 問題を軽減し、 また PCB の反復と機械的な構築を低減する (「最初に正しくやる」アプローチ) ことによって開発コストとスケジュールを低減するための いくつかの早期開発ツールの使用について研究してきた。
今、SUN Microsystems, Compliance-UK は、 PCB 設計から最終的な予備適合試験までにわたって適用できる一連のツールを開発している。 それぞれの新しいプラットホームの設計に際して全てのツールを使うことを意図してはいないが、 技術者は適切であると考えられる時にこの EMC ツールのセットを適用できるという利点を持つ。
PCB ／ 機構設計の当初から EMC が考慮され、 開発のそれぞれの段階で、そしてボード・レイアウトや引き回しのレビューに際して、 EMC 技術者が機構、ハードウェア、そしてシグナル・インテグリティ技術者と 非常に密接して作業することが重要である。
この記事は SUN の「ミティゲーション・ツール・ボックス」の開発について述べる。 特定のボード・レベル EMI シミュレーション・ツールの使用の経験、 そして遮蔽効率と放射性エミッション比較測定の双方のための リバブレーション・チャンバー／モード撹拌チャンバー・テクニックの使用法の開発について 述べるために別の記事を書くことを予定している。
この EMC ミティゲーション・ツール・ボックスは 早期 PCB 開発から予備システム・レベル試験にわたって使用することができる 一連の EMC 開発ツールである。 これは、EM モデリング・ツールやボード・レベル EMI シミュレーションから、 エンクロージャ／ラック・レベルの遮蔽効率測定や放射性エミッション比較測定のために用いる リバブレーション・チャンバーのような現実の試験ツールに至る、 SUN Compliance-UK がボード、及びシステム開発に現在使用している全ての設計ツールをカバーする。 これまで、リバブレーション・チャンバー法は、 開発所期の「スキュー」ロット・パーツの放射性エミッションの評価に使われてきた。
SUN Compliance-UK ミティゲーション・ツール・ボックスは 次の 6〜12ヵ月にわたってさらに発展するであろうし、 開発ツールのそれぞれの歴史的な背景の発展を助けるため、 それが適切な場合には検証情報と「ケース・スタディー」の例を含むことになるだろう。
ミティゲーション・ツール・ボックスに含まれる主な「開発ツール」は以下の通りである：
SUN の Compliance-UK グループは、 PCB レイアウト、及びエンクロージャの双方の設計に EM モデリング・ツールを使用してきた。 EM モデリングは EMC のために重要な役割を持つと考えられる ―― 製品の所期開発フェーズにおいて、ハードウェア、及び機構技術者は、比較的速やかに、 かつ高価な試験用ボードやエンクロージャを作ることなく有用な情報を得る。 EM モデリングは、PCB 上の CPU 放熱器を浮かせた場合と接地した場合の影響を 成功裡に同定してきた。
SUN Compliance-UK は、様々な放熱器形状のための一連の EM モデルを作ってきた。 これらは FloEMC を用いて Flomerics によってモデル化された。 このデータは、必要な周波数範囲内での再放射を低減するために 放熱器の周囲を適切に接地するように機構／ハードウェア・チームを導いた。 様々な接地方式がモデル化され、 分散放熱器接地方式の PCB を用いたいくつかの実際の検証測定を行なうことも意図されていた。
放熱器の EM モデリングからの重要な出力の１つは、 測定された放射フィールド特性内の、おおよそ 3.5GHz における、鋭い、高い「Q」の共振であり、 これは調査された全ての形状の接地された放熱器において明らかであった。 さらなる調査と追加のモデリングは、これが、その発生源がモデル化された、 放熱器の下に作られる高「Q」の空間に関係していることを示した。 だが、「実際」の形状では、この空間は CPU パッケージによって装荷される。 典型的な CPU デバイスの誘電特性を用いて、 代表的な装荷でのさらなるモデル化が行なわれた。 これは将来の記事でより詳細に議論されるであろう。
リバブレーション、あるいはモード撹拌チャンバー・テクニックの優れた試験再現性のため、 SUN Compliance-UK は過去２〜３年にわたって この方法を放射性エミッション比較測定の実施のために用いてきた。 Farnborough の Qinetiq の大型リバブレーション・チャンバーが、 最初のボード、及びシステム・レベルの放射性エミッション試験の研究のために用いられた。
Qinetiq のリバブレーション・チャンバーには、 ステッピング・モータで駆動される金属のパドル・ホイールが装備されている。 このチャンバーの寸法は 10×8×7m であり、Qinetiq のデータによれば、 最初のチャンバー共振の３倍という受け入れられている計算に基づいて、 そのチャンバーは 80MHz の低い周波数からの使用が可能である。 SUN Compliance-UK は、CPU の放射性エミッションとシステム全体のエミッションの評価のために、 このチャンバーを 80MHz から 10GHz の範囲で用いてきた。 上側の打ち切り周波数は、FCC Part 15 エミッション要求の上限によって決定された。 このテクニックは、SUN の適合性チーム、及びハードウェア・チームが使用するための 比較データを与えるためにのみ用いられてきた。 この試験環境の「等方性」の特性のため、このテクニックは試験用ボードの放射性エミッションと オープン・エンクロージャの試験の実施に特に向いている。 全ての面／角度からの最大の放射を決定できるように、 被試験装置 (EUT) は非導電性の台の上に置くことができる。 その優れた試験間再現性 ――典型的には ±1〜2dB―― のため、 接地方式、ボード・エッジの接続、そして「スキュー」ロット CPU のような異なった部品といった、 異なったボードの変更を比較することが可能である。
そもそもの要求がこのテクニックを比較の目的でのみ用いるというものであったため、 現在、リバブレーション、あるいはモード撹拌チャンバー法は、 SUN での絶対的な等価フィールド強度の決定のためには使用されていない。 IEC 委員会は商用の放射性イミュニティ、及び放射性エミッションの試験の実施のための モード撹拌／モード同調チャンバーの使用について調査しており、 これらのテクニックは今では IEC 61000-4-21 の一部となっている。 SUN Compliance-UK の開発の次の段階は、 「ワースト・ケース」の EUT エミッション周波数の確実な決定のために、 リバブレーション・チャンバーを早期予備適合試験に用いることである。 これまでの半無響室の使用で、予備走査測定に際してクロック周波数が見逃され、 最終測定に際して最大とされないことがあり得ることが示された。 リバブレーション・チャンバー法は、半無響室内での最終測定に際して最大とできるものよりも、 常に高い振幅のエミッションを示すであろうと考えられる。 そして、早期「ワースト・ケース」開発試験のために リバブレーション・チャンバーに頼ることについての信頼を得るために、 補正されたフィールド強度データは標準的な (半無響室) データと比較されるであろう。
|
|
| Figure 1 : CPU 基本周波数 (試験周波数)
―― CPU エミッションに対する浮いた放熱器の影響
―― リバブレーション・チャンバー法 |
|
|
| Picture 1: 2U エンクロージャ
―― 扉開放試験
―― 側面 (写真は Qinetiq の Spectrum Solutions グループの好意による) |
SUN Microsystems Compliance-UK は、過去２〜３年にわたって、
サーバー・エンクロージャとサーバー・ラックの双方の遮蔽効率、あるいは減衰率の評価のために
「複合モード撹拌」チャンバー・テクニックを用いてきた。
SUN は、これらの測定のために
Farnborough の Qinetiq (Spectrum Solutions Dept) の設備を用いてきた。
Qinetiq は、エンクロージャの遮蔽測定をおおよそ 80MHz から 10GHz 以上までで行なえる、
10×8×7m のリバブレーション、あるいはモード撹拌チャンバーを持っている。
|
| Picture 2: 2U エンクロージャ内の受信アンテナ
(写真は Qinetiq の Spectrum Solutions グループの好意による) |
|
| Picture 3: 2U エンクロージャとその後ろの金属のパドル
(写真は Qinetiq の Spectrum Solutions グループの好意による) |
現在、このテクニックは、エンクロージャ内に設置され、 1GHz 以下では光ファイバー・リンクを、 1GHz 以上ではエンクロージャの壁面に取り付けられたバルクヘッド SMA コネクタを介して 接続された電気的に小さい受信アンテナを用いている。 最初に、必要な周波数範囲にわたり、扉開放状態での、あるいは自由空間での校正が行なわれる。 EUT の直接照射の可能性を制限するために、 送信アンテナはチャンバーの隅かパドル・ホイールに向けてチャンバー内に置かれる。
このテクニックは、エンクロージャの継目の弱点を示し、
機構設計の変更を支援する一貫したデータを与えるためには有用ではないことが示された。
これは、1GHz 以下では ±2〜3dB、1GHz 以上では ±1〜2dB 以内であることが示された、
このテクニックの優れた試験間再現性による。
|
| Figure 2: 典型的なエンクロージャの減衰データ |
このデータは、扉の継目と HDD スロットに対する設計変更の後での高い周波数における改善を示す、
標準的なエンクロージャの減衰、あるいは遮蔽性能を示す。
これは早期エンクロージャ調査のためのリバブレーション・チャンバーの使用の典型的な例である。
これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。
Last update: 2004-10-11