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簡易的なEMC測定の手法と扱い方

2016/6/15

株式会社東陽テクニカ

EMCマイクロウェーブ計測部

野村晃弘

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EMCとは？

EMC

RE

EMI EMS

CS CE RS

R ： Radiated （放射）

C ： Conducted （伝導）

E ： Emission （エミッション）

S ： Susceptibility （感受性）

I ： Interference （妨害）

電磁環境両立性

エミッションイミュニティ

放射伝導放射伝導


製品開発とEMC対策

各種近磁界プローブ・スキャナ・ファラデーケージ・電波暗箱・セル

小型電波暗室/シールドルーム

電波暗室（認証試験）

上流

研究開発

～設計

基板実装

完成品評価

下流

製品リリース

今回の紹介箇所


①近磁界プローブ

1. 電子機器内での電磁波発生源の位置を特定するために用いる 2. 電子機器内の電磁波耐性を確認メリット - 発生源の特定が可能デメリット - 手動測定のため、再現性に乏しい


①近磁界プローブ

• 構成及び測定方法

プリアンプ

EUT 近磁界プローブ

スペクトラムアナライザ

or オシロスコープ

Freq.

Level

（必要な場合）


②EMCスキャナ

1. 近磁界プローブを用いた自動測定装置

2. 電子機器内での電磁波発生源の位置を

特定するために用いる

メリット

- 自動測定による再現性の向上

- 高精度に電磁波発生源の位置を特定

デメリット

- 測定時間が長くなる場合がある


②EMCスキャナ


プリアンプ

EUT

EMCスキャナ

スペクトラムアナライザ


プローブを自動で走査

ソフトウェア


③ファラデーケージ

ワークベンチファラデーケージ法とは

半導体のノイズ評価法としての測定法の１つにワークベンチファラデーケージ法(以下WBFC法)がある｡ -General IEC61967-1 -TEM Cell法 IEC61967-2 -Surface scan法 IEC61967-3 -VDE法 IEC61967-4 -WBFC法 IEC61967-5 -磁界プローブ法 IEC61967-6

-ICストリップライン法 IEC61967-8



ファラデーケージの色々

1836年 Michael Faraday(1791-1867:イギリス)

① 金網のかごの中に入って落雷させ安全性を立証

② 導体で囲んだ空間内の電界強度を測定

ファラデーのかご Faraday Cage

(シールドケース)

+ Q

V

Cs

Cf Cm

ファラデー箱 Faraday Cage

(流入電荷計測器) ワークベンチファラデーケージ Workbench Faraday Cage (WBFC)

(コモンモードノイズ計測器・印加器)



半導体用ファラデーケージの基本測定方法 o評価基板を金属箱の底面から30mmの位置に配置してインピーダンスを一定に保ち､金属箱と評価基板との間に発生するコモンモード電圧を測定する｡ o評価基板上のグランド電位などのコモンモードポイントの電圧を対金属箱間において150Ω(※1)のインピーダンスで取り出し､50Ωの測定系に変換し､測定を行なう｡ ※1一般的にI/Fケーブルなどのコモンモードインピーダンスの平均値は150Ωとされている｡

ｎｏｉｓｅｓｏｕｒｃｅｓ

Ｃｐａｐａｓiｔｉｃ

ＺｃｍＺｃｍ

終端５０Ω 測定系５０Ω



1. 金属板と評価基板との間に発生するコモンモード電圧を測定

2. 電子機器内のコモンモード電圧の揺らぎ耐性を評価

メリット - コモンモード電圧測定が可能 - 測定場所を選ばない (オフィス環境下) デメリット - 評価基板のGNDの取り方に工夫が必要



ファラデーケージスペクトラムアナライザ

ソフトウェア

プリアンプ




③FC-1000 ファラデーケージ

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

10 100

レベ

ル[d

Bu

V/m

]

周波数[MHz]

FC-1000 対策前後比較

対策前

対策後

タクシーメータ


④電波暗箱・セル

1. 近傍界の電界強度を評価

2. 放射された電波を簡易的に評価できる機器

3. 対策前後の評価に使用

メリット

- 実際に放射された電波の測定が可能

- 測定場所を選ばない（オフィス環境下）

デメリット

- 評価器のサイズに限界がある



電波暗箱・セルスペクトラムアナライザ

ソフトウェア

プリアンプ






パワーアンプ

電波暗箱・セル

信号発生器

ソフトウェア

パワーセンサ

電界センサ


④G-CELL セル（EMI）

• ノイズジェネレータCNEⅢのアンテナ部のみG-CELL内に配置

• 配線は固定

• ATT3dBとATT10dBを加えた場合で比較(差分は7dB)



• デジカメを表示モードにしながら測定

• 配線は固定

• 結果を対策前後で比較



• 車載搭載機器部品の測定

• 配線は固定

• 暗室とG-CELLの結果を比較


④G-CELL セル（EMS）

40㎝

X ㎝

40㎝

X ㎝

• 電界強度を測定(均一面測定)

• 測定か所は下図赤丸5ポイント

※G－CELLのEUT設置可能サイズは40cm角



• 均一面の測定を実施(80MHz-1GHz)

⇒均一面サイズ：30cm x 30cm



• 10V/m発生時の電力を確認

⇒電力2Wで10V/mの電界放射(80MHz-1GHz)



• 均一面の測定を実施(1GHz-2GHz)

⇒均一面サイズ：20cm x 20cm



• 10V/m発生時の電力を確認

⇒電力7Wで10V/mの電界放射(1GHz-2GHz)


まとめ

• 4種類の簡易的な測定方法を紹介

- 近磁界プローブ、EMCスキャナ、ファラデーケ

ージ、電波暗箱・セル

• それぞれの特長を意識して使用することが重要

• 電波暗室の測定結果を参考にし、使うことが望ましい。


FC-1000 ファラデーケージ

Common-EMI(型式：FC-1000)の主な仕様

System

許容被測定物最大寸法(W×D×H)：450x450x80(mm)

測定周波数範囲：10kHz～1GHz

Faraday Cage

最大外形寸法(W×D×H)：950x780x230(mm)

質量：29.2kg

入出力電圧範囲：－48～＋48VDC

入出力電流範囲：0～2ADC

測定系コネクタ：BNC(50Ω)

電源コネクタ：端子台(6系統)

信号コネクタ：端子台(3系統)



Common-EMI(型式：FC-1000)の主な仕様(続き)

PROBE

最大外形寸法(L×D)：430 x φ20(mm)

質量：60g MAX

直流抵抗値：100Ω

被測定物接続コネクタ：ワニ口クリップ

測定系接続コネクタ：コンタクト



解決

FC-1000の特徴

半導体評価用WBFCの問題点

①内部共振の抑制がしきれない ②高周波領域の整合が取れない ③物理的に実装基板の測定ができない

①WBFCの蓋面に誘電損失型の電波吸収体の追加 ②PROBEの構造変更によるばらつきの減少 ③外形寸法の拡大 (最大450mm×450mm×80mmのEUTを想定)


G-CELL TEM波広帯域伝送ライン

概要：

G-CELLはTEMセルを発展させた電波暗箱で、床面に設置された伝送ラインより、製品(EUT)に対して放射性のEMI・イミュニティ測定が簡易的に実施できます。

オフィス環境へ手軽に設置でき、電波無響室やオープンテストサイトでの本試験前に、予備測定や対策ツールとして最適です。

特長：

スペアナを接続して簡単にEMI測定

均一性の得られる放射イミュニティ試験

（アンプ出力2W程度で10V/m@80M-1GHz）

大型開閉方式でEUTの設置作業がとても容易

電源／信号線フィルタはカスタマイズ可能

オフィス環境に設置して、EMC対策を簡単に実施可能


G-CELL TEM波広帯域伝送ライン

アプリケーション：放射エミッション試験放射イミュニティ試験

仕様：周波数範囲：10k～1GHz (2GHz) 最大入力電力：150W (N型コネクタ) 外形寸法：70x70x70cm (突起物を除く) 有効EUTサイズ：40x40x40cm シールド性能：50dB以上標準装備：シールドガラス窓 x1、照明 x1 ACフィルタ(単相20A) x1 BNC端子 x1、D-Sub9pin x1 安全用インターロック機能オプション用パネル x1

※仕様は予告なく変更する場合がありますので、ご了承願います


参考情報

• 近磁界プローブ 7405

• EMCスキャナ WM7400

• ファラデーケージ FC-1000

• 電波暗箱・セル G-CELL, MY5310S/SU

• 参考資料

http://www.keysight.com/main/home.jspx?cc=JP&lc=jpn

http://www.ets-lindgren.com/config/7405

http://www.morita-tech.co.jp/

http://www.micronix-jp.com/product/product_2.html




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キーサイト測定器との接続例

6/16/2016

プリアンプ

N90X0Bシリーズシグナルアナライザ

RF RF

特長－不要な放射ノイズの影響を受け難く高いデータ再現性を実現

－低ノイズフロアレベルでの測定が可能

－電波暗室のノイズ測定に比べ手間や時間を大幅に短縮

－オフィス環境にてコモンモードノイズ測定が可能

コモンモードノイズ測定の場合


キーサイト・テクノロジーのシグナルアナライ

ザは新シリーズになりました。


N9038A MXE EMI レシーバ CISPR and Mil-STD standards適合製品 • 4つの周波数モデル

- 3 Hz to 3.6 GHz - 3 Hz to 8.4 GHz - 3 Hz to 26.5 GHz - 3 Hz to 44 GHz ※導入後の全ての周波数にアップグレード可能

• CISPR 16-1-1 2010 Compliance

- CISPR 帯域幅 (6dB and インパルス帯域)

- Quasi-Peak, EMI-Avg, RMS- Avg, APD

• MIL STD 461 Compliance - 6dB帯域幅 - Peak 検波


リアルタイムスペクトラムオプション

• 広帯域キャプチャ

• 85 MHz帯域 3.6 GHzまで

• 40 MHz帯域 3.6 GHz以上

• 3.7usec以上の時間の信号のキャプチャ能力

• Frequency Mask Triggerで意図しない信号をしっかり捕まえ

ます（17.4usよりも長い時間続く信号）

• 広い帯域もステッチプロットで表示可能。測定の自由度を

実現出来ます

• 業界最高のフィルター、トリガータイプをサポート

• 既存のMXE EMIレシーバからのアップグレードも可能

EMCの規格試験を超えたノイズハンティングツール


株式会社東陽テクニカ

EMCマイクロウェーブ計測部

E-mail:[email protected]

http://www.toyo.co.jp/emc/

http://www.toyo.co.jp/cal-lab/

ご清聴、ありがとうございました。

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