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翻訳: T.Sato
この記事は 1997年6月11日の IEE Colloquium on the Implication of Measurement Uncertainties for EMC Testing で発表されたものである。 この Journal (EMC+Compliance Journal) は、 その再版の許可に対して特に IEE に感謝している。 この Colloquium に関するより詳しい情報は、Journal の別の箇所にある。
この不確かさはいくつかの領域で生ずる。 規格は試験のセットアップや故障基準を充分に詳細に規定しないことがある； 妨害信号の校正はそれに関連する不確かさを持つ； 装置の反応の測定やアセスは困難であるかも知れず、 またその製品の動作状態によって異なるかも知れない。
イミュニティ試験の原理は直截的なものである。 ある EMC イミュニティ試験は特定の種類と振幅の電磁妨害を被試験機器 (EUT) に与え、 EUT に対する影響が観察される。 その EUT が試験に合格したかどうかを決定するために、 この観察結果は試験仕様の要求と比較される。
現在の規格においては、 多くの連続的試験は時間で変動する振幅 (例えば、80% 振幅変調) を持ち、 またトランジェント試験は妨害の繰り返しを伴う (例えばファスト・トランジェントのバースト) ものの、EUT に与えられる電磁妨害は連続のものか、過渡的なものかである。
伝導性と放射性の試験の切り替えが行なわれる周波数は 相対的な寸法の調査に基づいてケース・バイ・ケースで行なわれ得るが、 試験を標準化するために、 国際／欧州規格 EN 61000-4-3、及び EN 61000-4-6 では、 80MHz の切り替え周波数が選ばれている。 この周波数は一般イミュニティ規格で承認されているが、 製品委員会はこの切り替え周波数を製品群規格で変えることができる。
この 80MHz の切り替えは、無響チャンバー (電波暗室) の制限のために この周波数よりも下での均一なフィールドを達成することが難しいという、 その規格が作成された時点で使用できた現実的な試験設備に基づいた妥協を示している。 この標準化委員会の意図は、 放射性イミュニティ試験の周波数を低くし過ぎることよって引き起こされ得る、 良く定義されていない伝導性試験 (ケーブル結合が支配的となる) という結果となる 問題も可能な限り避けることであった。 伝導性イミュニティ試験のための高すぎる周波数によってその逆の状態が発生し、 良く定義されていない放射性試験 (ケーブルからの妨害信号の放射が EUT に影響する) という結果となる。
他の点におけるフィールド強度は規定されず、 許容範囲から外れる点は違った周波数では変わるかも知れない。 異なった試験施設は、異なった点と、 規定されていない点での異なったフィールド・レベルで適合するであろう。 放射フィールドに対する感受性がその空間内での位置によって異なる EUT は、 そのような施設間では異なった挙動を示すかも知れない。 さらに、そのチャンバーに対する EUT の相対的な大きさが、 EUT がそのフィールドを歪ませる様子に影響するであろう。
CDN は全ての外部ケーブルに設けられるべきであるものの、 一度に１つだけが妨害信号の対象となる。 これは全てのケーブルがフィールドからの妨害エネルギーを運ぶであろう 実際の状況を近似できるに過ぎないものの、 それ自身がテスト・ハウス間の再現性に著しく影響する可能性は高くない。 規格は CDN の代用としてクランプによる注入を認めている。 その判断フロチャートは「CDN が適切であるか？」と尋ねており、 これはテスト・ハウスによって 「適切な CDN は入手できるか？」に変換されることがある。 異なった試験手法の使用の可能性は、 テスト・ハウス間での異なった結果の可能性をもたらす。
ファスト・トランジェントについては、 立上り時間とパルス幅の双方で ±30% の許容差が許されており、 その波形は「二重指数」として記載されているものの、 個々のパルスに対して規定されているこれ以外の唯一のパラメータはピーク電圧である。 動的信号源インピーダンスの許容差は ±20% と規定されている。
トランジェント・パルスは、 これも ±20% の許容差を持つ繰り返し周波数のバーストにまとめられる。 トランジェントのそれぞれのバーストの持続時間やバーストの繰り返し周期も ±20% の許容差を持つ。
ESD トランジェントは単発のトランジェントとしてのみ印加されるが、 その波形はさらに複雑である。 現在の波形と試験手順は、この試験の精度と再現性を改善するために 1980年台の中盤以降に行なわれた研究の結果である。 オリジナルの気中放電試験は著しい不安定性を示した ―― チップの接近の速度が放電パルスの立ち上がり時間に影響することが示され、 また EUT はしばしば高い電圧で合格となり低い電圧で不合格となった。 1GHz 帯域のオシロスコープによる調査は、実際の ESD 事象の立ち上がり時間が、 接近が速く、あるいは放電が鍵のような金属の物体を介したものである場合には 1ns のオーダーとなるという、 過去に測定されたものよりもかなり速くなり得ることを示した。 最新の試験手法は導電面に放電させるために真空リレーと金属接点を用いており、 古い気中放電手法は絶縁面、継目、スロット、あるいは開口部に用いられる。
接触放電波形は、比較的低速な二重指数波形と重なった、 0.7〜1ns の速い立ち上がりと速い減衰を含む。 ピーク電流は ±10% で規定され、 また 30ns と 60ns の時点 (ピーク電流の 10% に達した後の) の電流が、 それぞれ ±30% の許容差で規定されている。 これらのインパルス波形のパラメータにおける問題は、 それらがリンギングやその他の滑らかなカーブからの逸脱を持たない、 理想的なパルスに対して規定されていることである。 残念ながら現実の波形は決してそのように純粋なものとはならず、 オシロスコープの管面から正確な値を判断することは困難である。 これが波形パラメータの広い許容差の１つの理由である。
最新の ESD 試験は以前のものと比べて大きく改善されているものの、 それぞれ規格の要求を満足している異なった放電ガンの間での違いが観察されている。 可能な改善は、波形がそれからはみ出すことが許されない包絡線を規定することであろう。
最大のエミッションを生じる構成が 最大の感受性を示すものであると仮定されることがあるが、 これは主として便宜上のものであり、 著者はこれに関する公表された研究を見たことがない。 しかし、放射性イミュニティ試験は EUT の正面に対する４つの基本方位に対して行なわれ、 これは最悪条件ではないかも知れない。 さらに、この規格は、 複数のボックスから成る EUT のそれぞれのボックスの位置を変える必要はないと、 特別な注記を追加している。 これによってもたらされる不確かさの予測は容易ではない。
イミュニティ試験に際しては、典型的には周波数範囲は増加方向で掃引され、 この規格はそのステップ幅がその前の周波数の 1% よりも大きくないことを要求している。 これは、EUT の周波数応答に依存して、試験の正確さへの影響を持つ。
それぞれの周波数に留まる時間は、EUT を全てのモードで試験して 故障 (誤動作) を観察するために充分なものであるべきである。
ESD 試験は、通常の使用に際してオペレータが普通にアクセスし得る全ての点に 放電を印加することを要求している。 試験の対象となる製品は著しく異なるので、 基本規格でこれについて決定することはできないが、 製品規格はより詳細なアドバイスを与えられる。 これは、放電が異なった点に与えられた場合に、試験所ごとに異なった結果をもたらし得る。 曖昧な領域の１つは、 ケーブルの取り付けられていないインターフェース・コネクタへの放電の実施である。
デジタル機器はしばしば振幅や周波数の僅かな上昇の後に破局的な故障を示す。 これは不確かさの算定を極めて困難にする。
連続波妨害においては、 その影響を観察するあいだ着目する周波数を保持することができる。 トランジェントの影響をそのような分析の対象とすることはできない。
主な理由は、そのインパルスが恒久的な損傷をもたらし得るため、 試験の期間を延ばすことは その試験が規格に正確に従って行なわれた場合と 同じ結果を生じない場合があることである。 デジタル・システムについては、動作サイクル内での正確な点が 故障が観察されるかどうかに肝心なものとなり得る。 このため、その妨害が最も感受性の高い時に与えられなかったために 故障を完全に見落とす可能性もある。 逆に、一度観察された影響が その後の限られた回数の妨害の印加では再現しないことがあり、 これは通常は無視される。
規格に含まれている試験の適用の結果として 装置が危険に、あるいは安全でなくなってはならないという要求に加え、 ３つの機能的性能水準が規定されている。 試験された特定の装置についてのこれらの解釈は その製造業者によって与えられるべきであり、 テスト・ハウスはその試験報告書にそれを記載すべきである。
この基準は、その装置が電磁界や磁界などの 連続的な電磁的事象に曝される場合に用いるものである。
製造業者の仕様が外部での保護のためのデバイスや手段を特に要求しており、 それがそのユーザー向けの説明書で明確に規定されている場合には、 この規格の試験要求はその外部保護のためのデバイスや手段のもとに適用しても良い。
この基準は、その装置が短時間停電 (100ms を超えるもの) に曝される場合に用いるものである。
対象範囲に入る装置の種類が多様であるために、 一般規格での性能基準の規定は曖昧とならざるを得ない。
警報システムのための製品群規格、EN 50130 は、 残留する変化がなく、また変化が出力されない限り、 10V/m 連続波試験や 10V 伝導性試験に際しての表示器の点滅を許容している。 同様の影響は ESD やファスト・トランジェントに際しても許容されている。
家庭用の装置、工具、及び類似の装置のためのイミュニティ規格、EN 55104 は、 基準 A、B、及び C について、一般規格での規定に準じているが、 基準 B での要求に動作状態や保持された情報の変化が許されないことが追加されている。 １つの表がこれらの規定の解釈のための不完全なガイドを与えているが、 「その装置の全ての機能が試験される必要はない。 機能の選択とその仕様は製造業者の責任として残される」と付け加えている。 この規格は、イミュニティ試験への 80/80 規則の導入もしている。
測定、制御、及び研究室用の電気機器のためのドラフト規格、IEC 1326-1 などは、 「random aspects」に関するガイダンスと、 合格基準は試験に際して観察できるものでなければならず、 ランダムな現象であってはならないとしている。 試験の期間と試験の回数は、 EUT のそれぞれの機能の試験のために充分なものでなければならない。 これが (プロセッサで) 自動的に制御される EUT で カバーされることを保証するためには、特別な注意を払わなければならない。 「例えば、デジタル・デバイスの ESD 試験を行なう場合、 ランダムな影響を除外するために、 EUT はそれぞれの条件、試験箇所、そして試験レベルごとに、 少なくとも 10回の放電に曝されるべきである。 バースト試験の場合には、試験時間を 1分以上とすることが推奨できるかも知れない」 という注記が追加されている。
放送受信器や関連する機器のためのイミュニティ規格、EN 55020 は、 必要な信号と不要な信号の比率による オーディオ・システムやそのオーディオ回路の故障の的確な定義を与えているが、 TV 画像については 故障点は「画像の観察によって感知できるだけの劣化」と記述されている。
情報技術機器のためのイミュニティ規格、EN 55024 のドラフトは 故障モードの最も包括的な規定を与えており、最近発行が否決されたものの、 他の製品群規格が従うことのできる原理も示している。 この規格の本文においては、性能基準は基本的には一般規格に準じているが、 normative annex で特定の種類の製品のためのより詳細な基準が規定されている。
例えば、通信端末機器の放射性、及び伝導性 RF イミュニティについては、 復調された干渉の最大の音圧レベルが規定されており、 また所定の試験周波数において 通信端末機器は呼を発呼でき、受けられ、また取り消せるべきとされる。 後者の要求は基準 B と C の試験についても妨害の終了後に適用され、 基準 B では妨害のあいだも呼が維持されることが要求される。 データ処理機器については、考慮される故障モードは 恒久的、あるいは揮発性の記憶装置へのデータの読み込み／書き込みサイクル、 データの入力、処理、印刷、そして表示である。 後者は、放射性や伝導性の RF イミュニティについて、 「通常の目視距離から見た時、EUT はフリッカー、色、フォーカス、及びジッタに関し、 製造業者の仕様を超えて変化することなく動作しなければならない」 という、EN 55022 に似た要求を記述している。 しかし、電源周波数磁界試験に際しての CRT モニタのジッタについては、 より細かい測定方法が示されている。 これは測定用拡大鏡を用いて測定され、 文字の寸法に基づいた規定の値を超えるべきではないとされている。
従って、我々は正しい妨害が与えられた場合の不確かさを調査することはできるが、 EUT の絶対的な性能が不明であるので、その結果の正しさの不確かさはわからない。
異なった人は彼らの感覚を異なって解釈するので、 主観的な基準でアセスする際にも事実はあまり明解とならない。 これは、製造業者の許容できる性能の定義が不明瞭、 あるいは存在しない場合に、特に顕著となる。 一時的なものの影響によって、事実はより複雑になる。
製造業者は、EUT の反応の判断を手伝うために (そして、勿論、故障が発生した時にリセットするために)、 常に試験に立ち会うべきである。
試験のばらつきを判断するために、 提携試験所での何らかの形態の巡回試験を行なうべきである。 最初の例では、これは放射性イミュニティ試験のばらつきの問題の調査のための 限定された真相調査のための試験であるべきである。 イミュニティのためのそのような試験における課題は、 アセスできる試験サンプルの種類である。 特にトランジェント試験においては恒久的な損傷を引き起こし得ることから、 イミュニティ試験においてはその試験サンプルが特性を変える可能性は大きくなる。
この理由から、最初のアセスメントはフィールドの均一性と そのフィールドに対する EUT の影響に関するものであるべきである。 これは、送信アンテナへの電力を記録された較正情報によって制御しながら、 フィールドの較正に用いられるような 無指向性フィールド・プローブを用いてアセスすることができる。 これは、規格で要求されているようなグリッドのみでなく、そのチャンバーの幅一杯、 またグランド・プレーンの高さまでに対して行なうことができる。 その後、このフィールドに対する標準疑似 EUT の影響をアセスできる。
較正信号レベルを複素インピーダンスに印加し、 実際の電圧や電流を記録できる場合には、 伝導性イミュニティについても類似のテクニックを適用できる。
ESD 試験はトランジェントの調査のための手段を与えられた。 その一貫性と波形の定義の改善のための作業は既に始まっており、 異なった形態の検証が必要となるかも知れない。 しかし、ESD 試験におけるばらつきの大半は放電を実施する箇所である。 製品委員会は製品ごとのより的確なガイダンスを提案できるものの、 おそらくは基本規格に対する normative annex として これを明確にするための作業をすぐに始めることができる。
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: 2001-04-22