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by Eur Ing Keith Armstrong C.Eng MIEE MIEEE, Cherry Clough Consultants
翻訳: T.Sato
専門家についての止むことのないジョークの1つは、 同じ質問を2人に尋ねれば矛盾する3つの回答を得るだろう、というものである。
だが、EMC に対処する最も費用効果の良い方法は何かを 任意の数の EMC 専門家に尋ねれば、全員が同じ回答を与えるだろう ―― 設計プロセスの最初から正しく行なう。 EMC をプロジェクトの最後まで放っておくことは大きな過ちであると、 彼ら全員が認める。
そのような総意は、それがなぜ正しいかを示すことがそれほど容易でなかったならば、 恐るべきことだろう。
どのように生活すべきかについていつも矛盾したアドバイスを与えるように見える、 健康管理専門家と対比できるかも知れない。
だが、同等の質問 ――完全なカウチポテトとなり、ジャンクフード以外のものを食べず、 コーラと酒以外のものを飲まず、煙突のようにフィルタなしの煙草を吸い、 成長して自ら世界に向き合えるようになった時に初めて健康を考えれば良いか―― をすれば、彼ら全員が似通った回答を与えることだろう: 最初から正しくやれ！
それは考えるまでもないことだ、と彼らは言う。
だが、EMC コンサルタントとしての私の 20年近くの中で、1つのことが変わっていない ―― 製品、システム、あるいは設備のほとんどの製造業者は、 設計に際して EMC を無視する。 そして、(それを避けられないと思えば) 「最終」設計に対して EMC 試験を行ない、 通常は大幅に不合格となり、 合格させるためには莫大なコストを費しての大幅な再設計が必要となることに気付く。
私が出会う他の EMC コンサルタント全ては、 浪費された機会についての同じ話をする。 勿論、1つの理由は、EMC は学部レベルでは滅多に触れられず、 従って人々はそれを苦労しながら見出すだけだということである。 だが、これは、EMC へのこの「伝統的アプローチ」によって生じた 遅れとコストの経験を持つマネージャが、 なぜこれが最初から設計に組み入れられていることを確かとしないのかを説明しない。 利用できるトレーニング・コースがないためでないことは確かである！
バナナの皮 No.535 の3つ目の段落は、 この問題が電子産業で常に存在してきたことを示す。
2008年の第3四半期までの少なくとも30年にわたって、設計と生産は ちょっとした会計上の遺漏も許されない厳しい世界であったと、誰もが言う。 これが、材料費、あるいは BOM から最後の一銭まで削ることが重要であると ほとんどの設計者が考える理由である。 (今後の記事で説明するつもりの、やや明らかな理由のため、 これが真実であったことはなかった。) だが、今日の世界的不況の中で、これらの年月を、 設計図面全てを破り捨てて書き直し、生産ツールをスクラップとして作り直し、 などとしているあいだの数ヶ月の製品の出荷の遅れが全く珍しくなかった、 あまりにも贅沢な日々として懐かしく振り返る。
私の分析が厳しすぎると考えるならば、あなたのためにちょっとした逸話がある。 1996年、私は、電気式パワー・ステアリングからの干渉に伴う、 新型車両の１つの立ち上げの遅れについて議論している、 最大の世界的自動車製造業者の１つ (あなたも名前を知っている) の設計オフィスを訪れた。 設計者らは、100A 以上 (EMC においては絶対禁止事項であるが、自動車産業が特に執着する、 シャーシ・リターンを用いて) が流れるケーブルを、 車を加速させたり減速させたりするエンジン制御ユニットに信号を送る アクセル・ペダルのセンサに近すぎる場所に通した。
控えておくことができず、このような新しい大電力電気システムで、 なぜ干渉問題を設計中に予期し、ケーブル (そしてそのリターン) を 最初からもっと慎重に引き回さなかったのかを尋ねた。 自動車産業のタイムスケールとコストは非常にタイトであり、 私が使っていたかも知れないような贅沢の余裕はない、という回答が、 すぐに、やや激して、返ってきた。
それから、これと同じシナリオを幾度も考えていた設計主任が、 考え深く言った： 「おわかりになるだろうが、 設計を完全に行なうことはできないと会社はいつも言うが、 設計上の誤りのためにあるモデルが遅れると、 いつもそれを正すための無限の金がある。」 これは、全ての産業であまりにもありふれていると気付いた物語である。 それは、マネージャが、どれだけのコストを費してでも 現金を節約しようとしているかのようである。
設計に際して EMC を無視し、発生する問題を直すのを最後まで放っておくことは 会計的に無責任であることに全ての EMC 専門家が同意する理由は、 プロジェクト中に設計変更コストが指数的に増大することである。
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| Figure 1: 設計変更のコストとプロジェクトのタイムスケール
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経済学の学生の何人かがこれを読み、
ほとんどの単なる技術者と同様に私が現金のコストと
割引キャッシュフロー分析の必要性を忘れていることを指摘する
編集者への手紙を、既に頭の中で下書きしていることだろう。
EMC 問題を初期設計段階中に解決することは
プロジェクトの最後でそれらを直すことよりも総合的に遥かに良い費用効果を与える
――20% 以上の利率においてさえも――
ことをすぐに指摘して、彼らの試みに水を差そうと思う。
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| Figure 2: 設計の自由度とプロジェクトのタイムスケール
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その代わりに、銅のシールド・テープ、シールド・ケーブルとコネクタ、 フェライトの大きな塊などを用いて同じ結果が達成され、 結果的なごたごたを利用可能な空間に押し込むことがしばしば問題となり得る。 組み立て時間とともに、BOM コストは劇的に増加し、 勿論、その全てが販売されるそれぞれの製品の収支から差し引かれる。 そして、勿論、出荷までの時間は大きく影響される。
もう１つの理由は、出荷の遅れの真のコストは、 ほとんどの人が気付いているよりも大幅に大きいことである。 実際、これらのことを専門的に調べた者が、 ほとんどの製品について、製造業者の財務的健全性のために、 出荷までの時間は生産コストよりも重要となっていると語った。
勿論、それらを最後に直すのではなく、 設計の初期に問題を解決することでの非常に顕著な財務上の利益は、 EMC のみではなく、全てに該当する。 現実の数値に基づく分析は、 1セットについて£50,000 (あるいはそれ以上) と、 それを正しく使うためのトレーニングのためのコストを要する コンピュータ・シミュレータを全ての設計者のために用意し、 ハードウェア加工が発注される前に バリデート済みのシミュレーション・モデルによって全ての設計を証明するように 新製品手続きを変更することが非常に費用効果が良いことを、しばしば示す。
全ての製造者が私が上で描いた暗澹たる絵のように 財務的に無責任なわけではないことを既に述べた。 早期に問題を解決する流儀を持つ者の多くは日本に基盤を置いており、 その直接の結果が、それらの電子製造業者のほとんどが、 「西部」の製造業者の半分程度の時間で 投資を世界を騒がせる製品に変えているというものである。
ポイントは： 今は時間は本当に厳しく、 EMC の考慮をプロジェクトの最後まで放っておくことで作られる 非効率性と無駄は、もはや受け入れられない。 現在の経済環境の中でそのような伝統的アプローチを使い続ける企業は かつてなかったような失敗のリスクをおかす。
市場占有率の向上を気に掛けないとしても、景気後退が過ぎ去り、 良い、のんびりとした時間が戻るまで存在し続けるためだけにも、 プロジェクトの最初から EMC を全面的に考慮し、より利口に振る舞う必要がある。
だが、いかなる意味でも、上のことは話の全てではない！
規定 ――EMC 指令や FCC への適合であれ、 あるいは鉄道、軍、あるいは航空宇宙のような客先仕様であれ―― への適合が EMC の全てだと考えているならば、考え直すべきである！
シグナル・インテグリティ、アイ・クロージャ、ジッタ、 ノイズ・マージン、パワー・インテグリティ、オーバーシュート/アンダーシュート、 リンギング、ダブル・クロッキング、クロストーク、ノイズ、信号対雑音比、 歪みなど ―― 電子機器設計者が ますます複雑化する設計作業を行なうために取り組まなければならない全てのこと―― についての設計の記事の載った、多くの電子業界誌がある。
そして、彼らがようやくこれらの課題を管理できたならば、 そしてようやく PCB やモジュールを仕様通りに動かしたならば、 システム・インテグレーション・フェーズがくる。 様々な設計者のアイテム全てが互いに接続され、 シグナル・インテグリティ、アイ・クロージャ、ジッタ、ノイズ・マージン、 パワー・インテグリティなどなどのため、以前のように動かないことがわかる。
この時点で、マーケットウィンドウから外れ過ぎずに製品を送り出せるように 問題を直すためにはどれだけかかるのかと重役が尋ねる時、 エンジニアリング・チーム・リーダ全てが言えるのは、 「1〜3日、あるいは 1〜2ヶ月かも知れない。 1週間後、何が問題なのかもう少し見当が付いた頃にもう一度聞いてくれ」 ということだけである。 これは重役が聞きたい答えではない！
これらの困難な電子設計問題全て
――ところで、これはシリコン技術が発展し、市場の要求が増大し、
タイムスケールが短縮されることから年々困難となっている――
について、業界誌を読み、大学の授業に出席し、教科書を読み、
それらに共通する物理的基礎が
電磁両立性、EMC であることに気付かなかったことを許され得る。
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| Figure 3: EMC の世界 ―― 「外部」と「内部」
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内部 EMC 問題はほとんど全ての新製品の設計と開発に大きな遅れをもたらし、 それは製品が以下のリストの2つ以上のテクノロジを用いる時に最悪となる: デジタル、アナログ、スイッチ・モード電力変換、ワイヤレス、高出力電気/電気機械。
1989年台は、(マーケティング屋の言うところでは) ほとんど全てが「デジタル化」されるディケードであった。 私はそのディケードを経験のあるアナログ設計者として始め、 最新の技術水準の性能 ――アナログ設計がどれだけ優れているかのみに基づく―― のために製品が有名ないくつもの企業のために働いた。 だが、1つか2つのマイクロプロセッサを、 あるいはスイッチ・モード電力変換器を追加した途端に、 その性能 (例えば S/N 比) は 40 から 60dB 低下した。
80年台初期、私と同僚は、元々の仕様に充分に近付けるために、 PCB の、そしてシステムの設計を少なくとも6回、 それぞれに2〜4週間かけてやり直すことも再々であった。 16回の繰り返しというのを聞いたこともある。 出荷開始の遅れは36週間から96週間 (2年近く) のあいだであったが、 それはおそらくは当時我々が達成できた最良であり、多くの家族が その期間のあいだ急激に年老いていく稼ぎ手を見ずに過ごすことになった。
その学習曲線は遅く、私の教育は雇主に1980年の金額で百万を要させたが、 少なくとも何が起きているのかの基礎を 他の誰もできそうになかった時に学んでいると気付くことで、 私の明らかな短所と無知の慰めとした。 80年台中期、私は、回路設計、システム設計、そして PCB レイアウトを どのように行なうの指示のリストを 設計の経験を全く持たない新卒技術者のグループに与え、 製品の仕様全てを設計の最初の繰り返しで満足させることができた。
その時、私は、世界最高の機能仕様に適合しなければならないマイクロ波計測器に、 デジタル処理の力とスイッチ・モード電力変換の効率で 新たな地平を切り開きながら取り組んでいた。 これが最初に起きた時、 その大騒ぎ全てが何についてのものかを単に理解できなかった新卒者を当惑させながら、 主任設計者と設計マネージャ全員がシャンペンを開けて荒々しく祝った。
彼らは回路を設計し、製品を組み立て、 そして、試験した時、それは仕様全てに適合した。 それが物事の通常の進み方ではなかったのか？ シャンパンを注ぎながら、できる限りの説明をした ―― いいや、それは物事の通常の進み方ではない、全く違う！
勿論、彼らの教育は、電流帰路、クロストーク、EMC などの問題 ――EMC がはっきりとした要求でない時でさえも、 実際の設計を充分に良く働くようにするために 考慮しなければならないことがわかった全ての事項―― を無視してきた。
残念ながら、今日の電子設計の学生は、ほぼ1980年台と同じ方法で教えられている。 社内のトレーニングで速やかに追い付かせない限り、 通常は年の期間にわたり、雇主に大きな出費をさせながら、 同じレッスンを苦労しながら学ぶことは避けられない。 我々が話しているのは、良い理由なしに浪費される、 数百万のポンド、ユーロ、ドルなどのことである。
1990年、EMC に関する第三者としてのサービスの提供を始める時、 製品が出荷の遅れを避けるために私のテクニックを用いて設計され、 FCC 規制や EMC 指令規格への適合に関して試験された時、 通常は最初の試行で合格することに、すぐに気付いた。
だが、私が1980年にそれとともに始めた伝統的なテクニックを用いて設計された、 機能仕様への適合のためだけに複数回の設計のやり直しを必要とした製品は、 ほとんど常にEMC試験への合格のために複数回の設計のやり直しも必要とし、 遅れに遅れを加えている。
なぜそうなるのかを調べ、私の設計テクニックは、 実際には電磁エミッション、サセプティビリティ、そして結合経路に、 だが個々のデバイス、PCB トレース、ワイヤ、そしてケーブルのレベルで 対処していることに気付いた。 既に述べたように、シグナル・インテグリティ、アイ・クロージャ、ジッタ、 ノイズ・マージン、パワー・インテグリティなどのこれら全ての問題は、 実際には「内部 EMC」問題であり、 混成技術製品で良い機能性能を得るための内部 EMC の管理は、 EMC 試験所で測定された時に良い「外部」EMC も達成させる。
RF のエミッションとイミュニティが デジタル波形のオーバーシュートの「コインの裏面」 ――別の方法で測定されただけの、本質的に同一の基本的物理問題―― に過ぎないことを示すより技術的な議論は、[1] を参照されたい。
これが示すことは、最も費用効果の良い EMC 設計テクニックは、 システム設計、回路設計、コンポーネント選択、ボード・レイアウトのレベルで、 プロジェクトの最初から適用されるものだということである。 それらは、最後の EMC 試験への合格を確かとすることを助けるとともに、 機能性能の観点から全てが計画通りに進むのを確かとすることを助ける。
述べる必要がある、2つの要点が残っている。
その最初のものは、 最初からグッド EMC エンジニアリングを用いて設計された製品は、 いくつかの試験に何とか通るようにいじくりまわされただけの製品よりも 現実の電磁環境に対してより頑健であるので、 保証コストがより低いということである。 第2は、それらはしばしばより良い機能性能を達成することである。
例えば、Cadac は、主に劇場やその他のライブ・パフォーマンス用途のための プロ用音響ミキシング・コンソールの製造業者であり、 その高品質音響から、ウェストエンド、ブロードウェイ、 そして世界の主要な都市の同様のエリアで30年にわたって選ばれてきた。
1990年初期、彼らは制御のために1つのマイクロプロセッサを加え、 すぐに低下した信号対雑音比に直面することになった。 責任のある製造業者として、 彼らは当時新たに導入された EMC 指令に どのようにして適合させるかを探す途上にあり、 それらのマイクロプロセッサのエミッションが高過ぎ、 アナログ回路が充分な耐性を持たないことを見出した。 そして、彼らの次の製品は、チャネル毎に1つのマイクロプロセッサ ――製品毎に少なくとも64個―― を持つ予定であった！
1980年台に開発した「内部 EMC」設計テクニックの採用により、 彼らは64個のマイクロプロセッサを搭載した製品を 全ての EMC 試験に合格させることができた。 だが、最低のノイズの完全アナログ・コンソールよりも 10dB 近く オーディオ・チャネルの信号対雑音比が良いことにも気付き、 非常に驚かされた！
それだけではなく、もう１つ直接的な結果は、 それらの非常に複雑な製品の組み立てと試験が遥かに容易になり、 Cadac が試験部門で雇用される人の数を増やさずに スループットを5倍に増やすことを可能としたことである。 Albert Hall や類似の会場へのコンソールの設置は、 遥かに少ない問題で、通常の時間の半分の時間で済むようになった。 実際、それらのコンソールの設置は、今は、 一部の設置作業者が、オーディオ・ミキサで普通であったように、 そして他のメーカーでは今でもそうであるように、 夜間や日曜に働くことで予期されていた2倍から3倍の時間給を失ったことについて マネージメントに公式な苦情を出すほど、短い時間で済んでいる。
他のコンソールの近くの携帯電話が通例のブリップ音を生じるのに対して、 Cadac コンソールの上には携帯電話を置くことができ、 余計なノイズが聞こえないことも気付かれた。
私の20年近くの EMC コンサルタントの中での 多くの例や逸話の中の少数のみを用いてきたが、 私が語りたいと思う話の多くは秘密のままとしなければならない。 バナナの皮 [2] には劣った EMC が高く付き得る多くの話があるが、 バナナの皮 No.437 のような浪費された時間と金の幾百もの話は 決して日の目を見ない。 結局のことろ、10年以上にわたって良く知られてきた (1999年のこのジャーナルでの私の最初のシリーズ以来公知となっている) 単純なことをしておらず、結果として何百万も浪費していると、 どのような企業が認めるだろうか？
従って、その副題をこの短い記事の要点として見ていただけることを望む。 EMC は、実際、単に規則、指令、あるいは顧客仕様に適合させることを 遥かに上回るものである。
グッド EMC エンジニアリングは設計者とマネージャが賢明になることを必要とし、 多くの企業にとって、 賢明になることはこの先の数年のあいだに成功と失敗の差を意味し得る。
ほとんどの電子製品製造業者 (日本やその他の少数の注目に値するものを除く) は、 結果的な浪費と遅延が許容できるほど良い時代であった ――彼らがその逆に何を言うとしても―― ので、 これまで証明済みのグッド EMC エンジニアリング・テクニックの使用を 回避できてきたようである。 来年はそうではないだろうし、もはやそれを祈ることもない。
上の文を書いた後で、鉄道旅行をしていて、 携帯電話の会話から明らかに大企業のマーケティング担当重役である、 魅力的できちんとした身なりのアメリカ人ビジネスウーマンの向かいに座っていた。 私は、マーケティング・パーソンとして、 この世界的景気後退をどのように考えるかを彼女に尋ねた。 彼女は、それは市場が回復した時に 競合相手に先行するための大きな機会を与えると答えた。
これはこの記事の、素晴らしい、前向きな締めとなるだろう！
[1] Keith Armstrong, "EMC and Signal Integrity", Compliance Engineering magazine, March-April 1999, from the archives at www.ce-mag.com.
[2] Tony Waldron, "A Practical Interference-Free Audio System",
EMC Journal, Issues 42 and 43, September and November 2002,
www.compliance-club.com/archive/Old_Archive/020918.htm,
and www.compliance-club.com/archive/Old_Archive/021122.htm
(干渉から免れた現実的なオーディオ・システム)
[3] "The First 500 Banana Skins", Nutwood UK, 2007,
http://www.compliance-club.com/BananaSkins.aspx
or email pam@nutwood.eu.com for an order form (cost around £10)
(バナナの皮)
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: 2009-08-30