電磁干渉とは何か
電磁干渉とは何か？
電磁干渉の定義
電磁干渉（EMI）は、電磁誘導または放射によって電気回路に影響を与える妨害を指します。
電磁干渉（EMI）は、電磁誘導または外部からの電磁放射により電気回路に障害が生じることを指します。これは、1つの装置から発生する電磁場が別の装置に干渉するときに起こります。
電磁波は、電界と磁界が相互作用することで生成されます。真空では3.0 × 10^8 m/sの速度で伝播します。電磁波は空気、水、固体、さらには真空を通って伝わることができます。
下図は、さまざまな種類の電磁エネルギーを周波数（または波長）に基づいて表すために使用される電磁スペクトラムを示しています。EMIは私たちの日常生活で頻繁に遭遇し、携帯電話、GPS、Bluetooth、Wi-Fi、近距離通信（NFC）などの無線デバイスや規格が増加するため、将来的には指数関数的に増大すると予想されています。
EMIは、ラジオやマイクロ波の周波数など、電磁スペクトラムの広い範囲で発生することがあります。他の電気機器を妨害します。急速に変化する電流を持つ任意の装置は、電磁放射を生成することができます。
したがって、1つの物体からの放射が別の物体の放射に「干渉」します。1つのEMIが別のEMIに干渉すると、電磁場の歪みが生じます。電磁放射は同じ周波数でなくても互いに干渉し、妨害することができます。この干渉は、ラジオで周波数を切り替えたときやテレビで信号が歪むと画像が乱れるときに聞こえます。そのため、無線周波数スペクトラムでは、EMIは無線周波数干渉とも呼ばれます。
EMIは電子機器の機能に簡単に影響を与えることができます。一般的に、電子機器の回路を通る電流があるため、ある程度の電磁放射が生成されます。装置1から生成されたエネルギーは、放射として空中を伝播するか、あるいは装置2のケーブルに結合します。これが装置2の誤動作を引き起こします。装置1から出たエネルギーが装置2の動作に干渉することを電磁干渉と呼びます。
EMIの原因
EMIは、落雷のような自然現象や工業設備のような人為的な源から発生します。
テレビからの送信
AMラジオ、FMラジオ、衛星放送
太陽磁気嵐
高電圧・高電流の落雷
空港レーダー、静電気放電、ホワイトノイズ
スイッチングモード電源
アーク溶接機、モータブラシ、電気接点
EMIの種類
人為的EMI
人為的EMIは、他の製造された電子装置から発生します。このタイプの干渉は、2つの信号が接近するか、または複数の信号が同じ周波数で1つの装置を通過するときに発生します。車のラジオが同時に2つの局を受信する場合が良い例です。
自然なEMI
このタイプのEMIも装置に影響を与えますが、これらは人為的なものではなく、落雷、電気嵐、宇宙ノイズなどの地球や宇宙の自然現象によって発生します。
第二の分類方法は、EMIの持続時間に基づいています。干渉の持続時間とは、装置が干渉を経験する期間を指します。
連続的なEMI
源がEMIを継続的に放出する場合、これを連続的なEMIと呼びます。源は人為的なものでも自然のものでもあります。EMIは、EMI源と受信機間に長い結合機構が存在するため発生します。このタイプのEMIは、連続的な信号を放出する回路などの源から発生します。
インパルスEMI
これらのタイプのEMIは、非常に短時間、例えばパルスのように発生します。そのため、インパルスEMIと呼ばれています。源は自然のものでも人為的なものでもあり、連続的なEMIと同じです。理解するための良い例としては、スイッチや照明から発せられる信号が電圧や電流に妨害を引き起こすノイズがあります。
第三の分類方法は、EMIの帯域幅に基づいています。EMIの帯域幅とは、EMIが経験する周波数範囲を指します。これに基づいて、EMIは狭帯域と広帯域の2つのタイプに分けられます。
狭帯域EMI
このタイプのEMIは、発振器から生成される単一の周波数で発生します。また、送信機での様々な種類の歪みによっても発生します。通常、通信システムでは狭帯域EMIは非常に小さな役割しか果たさず、簡単に修正できますが、干渉の限界は制御する必要があります。
広帯域EMI
狭帯域EMIとの主な違いは、このタイプのEMIが単一の周波数で発生しないことです。磁気スペクトラムを見ると、このタイプのEMIは広いスペクトラムをカバーし、異なる形式で存在します。源は自然のものでも人為的なものでもあります。人為的な源の一例は、連続的に火花を放出するアーク溶接です。同様に、自然の源の一例は、衛星テレビシステムに対する太陽フレアです。
EMI結合メカニズム
EMIの結合メカニズムは、EMIが源からどのように生成され、受信機に到達するかを理解するのに役立ちます。EMIによる問題を解決するためには、EMIの性質とそれが源から受信機にどのように結合するかを明確に理解する必要があります。いくつかの結合の種類には、伝導、放射、容量結合、および誘導結合があります。結合メカニズムを理解することで、結合と干渉レベルを減らす措置を講じてEMIを低減することができます。
伝導結合
伝導結合は、EMI放射が源と受信機を接続する導体、ワイヤ、ケーブルを介して伝導するときに発生します。信号が伝導する経路に沿って伝導が発生すると、伝導放射が発生し、これが伝導EMIと理解されます。これは電力線や任意のインターフェースケーブルに現れます。伝導は以下の2つのモードのいずれかで発生します。
共通モード
2つの導体を使用するときに、同じ位相でノイズが発生するとEMIが発生します。例：電力ケーブルの+と-
差動モード
2つの導体を使用するときに、導体上でノイズが逆位相の場合、差動モードで動作していると言います。
放射結合
最も一般的な結合は、源と受信機が波長よりも大きな距離で分離されている場合に発生します。源と受信機の間に物理的な接触はありませんので、EMIは空間を介して受信機に放射されます。したがって、不要な信号が空間を介して放射技術によって源から受信機に転送されるとき、これを放射EMIと呼びます。
容量結合
このタイプの結合は、2つの接続されたデバイス間で達成されます。これは、源からの電圧が変化したときに、容量的に被害者に充電を移すときに発生します。
誘導結合
ある導体が近くにある別の導体に干渉を誘導するとき、電磁誘導の原理に基づいてEMIが発生します。単純に言えば、源と被害者の間に変動する磁界が存在するとき、被害者の回路に十分な量の電流が誘導されます。これにより、信号が源から被害者に転送されます。
EMI結合メカニズム
EMIは、伝導、放射、容量結合、および誘導結合を通じて源から受信機に転送することができます。
EMIの低減
接地
産業では、接地システムを使用して信号とリターン電流を伝送します。それらはアナログ回路とデジタル回路の基準を形成し、ヒューマンと機器を故障や落雷から保護します。接地システムに電流が流れると、電位差が生じます。
落雷が発生すると、単位が数千ボルトの電位差が生じます。回路設計の初期段階から、システムが必要な安全要件を満たすように接地システムを考慮する必要があります。接地の設計やトラブルシューティングを行う際には、最初に電流がどの経路を通っているかを特定する必要があります。
さまざまな種類の接地が一致すると、電流は予想された経路に戻らない可能性があります。適切な接地は、周波数とインピーダンス、必要となるケーブルの長さ、および安全性に関する多くの要因に依存します。
低周波アプリケーションに最も有益な接地は、下図に示す単一点接地です。センシティブな回路やケーブルを使用する場合は、シリーズ接続またはダイスイチェインを避けるべきです。なぜなら、3つの回路からのリターン電流が共通の接地インピーダンスを介して流れてしまうからです。
図から、回路1の接地電位は、インピーダンスZ1を介したそのリターン電流だけでなく、回路2と回路3からのリターン電流も同じインピーダンスを介して定義されることになります。この影響は共通インピーダンス結合と呼ばれ、ノイズ結合の基本的な手段です。
この問題を避けるために、並列接続が好ましいです。通常、必要な配線量が多いため、実装が複雑で費用がかかります。ほとんどのシステムは両方のトポロジーを組み合わせて使用しています。
シールディング
EMIを悪化させる多くの要因がありますが、EMIを低減し標準を満たす方法もあります。EMIと戦う特定の方法の1つはシール
