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設計技術シリーズ

新/回路レベルのEMC設計
-ノイズ対策を実践-

監修: 浅井 秀樹氏(静岡大学)
価格: 4,600円(本体)+税
判型: A5
ページ数: 386 ページ
ISBN: 978-4-904774 -61-8
発売日: 2017/10/30

【著者紹介】

監修
浅井 秀樹氏(静岡大学)
第1章
浅井 秀樹氏(静岡大学)
豊田 啓孝氏(岡山大学)
佐々木伸一氏(佐賀大学)
住永  伸氏(ATEサービス株式会社)
第2章
碓井 有三氏(シグナルインテグリティ コンサルタント)
第3章
山岸圭太郎氏(三菱電機株式会社)
板倉  洋氏(三菱電機株式会社)
第4章
萱野 良樹氏(秋田大学)
井上  浩氏(放送大学)
第5章
清重  翔氏(芝浦工業大学)
市村  航氏(芝浦工業大学)
須藤 俊夫氏(芝浦工業大学)
第6章
山本浦瑠那氏(富士通VLSI株式会社)
第7章
五十嵐 淳氏(アンシス・ジャパン株式会社)
第8章
矢口 貴宏氏(株式会社 NEC情報システムズ)
第9章
藤尾 昇平氏(日本アイ・ビー・エム株式会社)
第10章
上田 千寿氏(株式会社 エーイーティー)
第11章
佐藤 敏郎氏(富士通アドバンストテクノロジ株式会社)
第12章
執筆:ラルフ・ブリューニング氏
訳:高木 潔氏(株式会社 図研)
第13章
永田  真氏(神戸大学)
谷口 綱紀氏(神戸大学)
三浦 典之氏(神戸大学)
第14章
平地 克也氏(国立舞鶴工業高等専門学校)
第15章
舟木  剛氏(大阪大学)
第16章
藤原  修氏(名古屋工業大学)
第17章
豊田 啓孝氏(岡山大学)
第18章
越地 福朗氏(東京工芸大学)
第19章
山里 敬也氏(名古屋大学教養教育院)
第20章
瀬戸 信二氏(日本オートマティックコントロール株式会社)

【目次】

第1章 伝送系、システム系、CADから見た回路レベルEMC設計

  1. 1.概説
  2. 2.伝送系から見た回路レベルEMC設計
    1. 2-1 高速信号伝送の影響
    2. 2-2 高密度配線の影響
  3. 3.システム系から見た回路レベルEMC設計
  4. 4.CADからみた回路レベルのEMC設計

第2章 分布定数回路の基礎

  1. 1.進行波
  2. 2.反射係数
  3. 3.1対1伝送における反射
    1. 3-1 CMOS遠端開放伝送
    2. 3-2 ドライバの駆動能力と出力抵抗
    3. 3-3 反射の解析
    4. 3-4 オーバシュートと跳ね返り
    5. 3-5 相対的駆動能力
    6. 3-6 ダンピング抵抗
  4. 4.クロストーク
    1. 4-1 結合2本線路の伝搬モード
    2. 4-2 重ね合わせによるクロストークの算出
    3. 4-3 基礎クロストーク係数
    4. 4-4 近端クロストークと遠端クロストーク
  5. 5.おわりに

第3章 回路基板設計での信号波形解析と製造後の測定検証

  1. 1.はじめに
  2. 2.信号速度と基本周波数
    1. 2-1 クロック信号
    2. 2-2 データ信号
    3. 2-3 周波数成分と解析/測定の関係
  3. 3.波形解析におけるパッケージモデル
    1. 3-1 パッケージモデル
    2. 3-2 パッケージモデルの周波数特性
    3. 3-3 波形解析結果
      1. 3-3-1 パッケージモデルによる違い
      2. 3-3-2 位置による波形の違い
    4. 3-4 解析におけるタイムステップ
  4. 4.波形測定
    1. 4-1 アナログ帯域
    2. 4-2 接続方法
      1. 4-2-1 プローブ
      2. 4-2-2 コネクタ
      3. 4-2-3 ジャンパ線
    3. 4-3 測定スケール
      1. 4-3-1 事例
      2. 4-3-2 誤動作と原因
      3. 4-3-3 動作速度は指標にならない
  5. 5.解析波形と測定波形の一致の条件
    1. 5-1 残る3条件
    2. 5-2 現実解
  6. 6.まとめ

第4章 幾何学的に非対称な等長配線差動伝送線路の不平衡と電磁放射解析

  1. 1.はじめに
  2. 2.検討モデル
  3. 3.伝送特性とモード変換の周波数特性の評価
  4. 4.放射特性の評価と等価回路モデルによる支配的要因の識別
    1. 4-1 遠方電界の評価
    2. 4-2 等価回路モデルによる支配的な放射要因の識別
  5. 5.おわりに

第5章 チップ・パッケージ・ボードの統合設計による電源変動抑制

  1. 1.はじめに
  2. 2.統合電源インピーダンスと臨界制動条件
  3. 3.評価チップの概要
  4. 4.パッケージ、ボードの構成
  5. 5.チップ・パッケージ・ボードの統合解析
    1. 5-1 電源網全体の解析フロー
    2. 5-2 ボードの電源網解析モデル
    3. 5-3 パッケージの電源網解析モデル
    4. 5-4 チップの電源解析モデル
  6. 6.電源ノイズの測定と解析結果
    1. 6-1 電源ノイズの評価
    2. 6-2 電源ノイズの周波数スペクトラム
  7. 7.電源インピーダンスの測定と解析結果
  8. 8.まとめ

第6章 EMIシミュレーションとノイズ波源としてのLSIモデルの検証

  1. 1.はじめに
  2. 2.EMCシミュレーションの活用
    1. 2-1 EMC対策とシミュレーションの活用
    2. 2-2 ノイズ波源モデルの重要性
  3. 3.EMIシミュレーション精度検証
    1. 3-1 検証項目・内容
    2. 3-2 実測条件
    3. 3-3 シミュレーション条件
      1. 3-3-1 Chipモデル
      2. 3-3-2 ノイズ波源特性
    4. 3-4 検証結果
  4. 4.考察
    1. 4-1 ノイズ源の分離
      1. 4-1-1 電源系からの放射
      2. 4-1-2 信号系からの放射
      3. 4-1-3 ノイズ源の分離まとめ
    2. 4-2 動作パターンの影響
      1. 4-2-1 動作パターン選択区間
      2. 4-2-2 動作パターン長さ
      3. 4-2-3 動作パターン見直し効果
  5. 5.まとめ

第7章 電磁界シミュレータを使用したEMC現象の可視化

  1. 1.はじめに
  2. 2.EMC対策でシミュレータが活用されている背景
    1. 2-1 ソフトウェア性能向上
    2. 2-2 ハードウェア性能向上
  3. 3.電磁界シミュレータが使用するマクスウェルの方程式
  4. 4.部品の等価回路
  5. 5.Zパラメータ
  6. 6.Zパラメータと電磁界
    1. 6-1 解析モデル
    2. 6-2 解析結果
  7. 7.電磁界シミュレータの効果
  8. 8.まとめ

第8章 ツールを用いた設計現場でのEMC・PI・SI設計

  1. 1.はじめに
  2. 2.パワーインテグリティとEMI設計
    1. 2-1 PI設計
    2. 2-2 LSIモデルが入手できない場合の設計
    3. 2-3 EMI設計(電源・GND間共振)
  3. 3.SIとEMI設計
  4. 4.まとめ

第9章 3次元構造を加味したパワーインテグリティ評価

  1. 1.はじめに
  2. 2.PI設計指標
  3. 3.システムの3次元構造における寄生容量
  4. 4.3次元PI解析モデル
  5. 5.解析結果および考察
    1. 5-1 基本モデルの特性
    2. 5-2 デカップリングコンデンサの効果
    3. 5-3 配線板間グランド接続の効果
  6. 6.まとめ

第10章 システム機器におけるEMI対策設計のポイント

  1. はじめに
  2. 1.シミュレーション基本モデル
  3. 2.筐体へケーブル・基板を挿入したモデル
  4. 3.筐体内部の構造の違い
  5. 4.筐体の開口部について
  6. 5.EMI対策設計のポイント

第11章 設計上流での解析を活用したEMC/SI/PI協調設計の取り組み

  1. 1.はじめに
  2. 2.電気シミュレーション環境の構築
  3. 3.EMC-DRCシステム
  4. 4.大規模電磁界シミュレーションシステム
  5. 5.シグナルインテグリティ(SI)解析システム
    1. 5-1 プレレイアウト解析
    2. 5-2 ポストレイアウト解析
  6. 6.パワーインテグリティ(PI)解析システム
  7. 7.EMC/SI/PI協調設計の実践事例
    1. 7-1 EMIとSI協調設計
    2. 7-2 EMIとPI協調設計
  8. 8.まとめ

第12章 エミッション・フリーの電気自動車をめざして
     -電気自動車のEMC規制を遵守するための欧州横断研究プロジェクトの紹介-

  1. 1.はじめに
  2. 2.プロジェクトのミッション
  3. 3.新たなパワー部品への課題
  4. 4.電気自動車の部品
  5. 5.EМCシミュレーション技術
  6. 6.EMR試験および測定
  7. 7.プロジェクト実行計画
  8. 8.標準化への取り組み
  9. 9. 主なプロジェクト成果
    1. 9-1 アウディ社
    2. 9-2 インフィニオン社
    3. 9-3 図研 (EMCテクノロジーセンター)
  10. 10.結論および今後の展望

第13章 半導体モジュールの電源供給系(PDN)特性チューニング

  1. あらまし
  2. 1.はじめに
  3. 2.半導体モジュールにおける電源供給系
  4. 3.PDN特性チューニング
  5. 4.プロトタイプによる評価
  6. 5.まとめ

第14章 電力変換装置のEMI対策技術ソフトスイッチングの基礎

  1. 1.はじめに
  2. 2.ソフトスイッチングの歴史
  3. 3.部分共振定番方式
    1. 3-1 部分共振の実現方法
    2. 3-2 回路構成とターンオフ動作
    3. 3-3 ターンオン動作
    4. 3-4 部分共振定番方式の例
    5. 3-5 部分共振定番方式を用いた回路方式
  4. 4.ソフトスイッチングの得意分野と不得意分野
    1. 4-1 ソフトスイッチングの長所と短所
    2. 4-2 ソフトスイッチングの得意分野
    3. 4-3 ソフトスイッチングの不得意分野
  5. 5.むすび

第15章 ワイドバンドギャップ半導体パワーデバイスを用いた
     パワーエレクトロニクスにおけるEMC

  1. 1.はじめに
  2. 2.セルフターンオン現象と発生メカニズム
  3. 3.ドレイン電圧印加に対するゲート電圧変化の検証実験
  4. 4.おわりに

第16章 IEC 61000-4-2間接放電イミュニティ試験と多重放電
     -ESD試験器の垂直結合板への接触放電で生ずる特異現象-

  1. 1.はじめに
  2. 2.測定
    1. 2-1 試験装置と測定法
    2. 2-2 VCPへの接触放電で生ずる電位波形の測定結果
    3. 2-3 VCPの気中放電で生ずる電位波形の測定結果
  3. 3.考察
  4. 4.むすび

第17章 モード変換の表現可能な等価回路モデルを用いたノイズ解析

  1. 1.はじめに
  2. 2.不連続のある多線条線路のモード等価回路
    1. 2-1 線路の平衡度を用いたモード分解
    2. 2-2 異なる平衡度の線路が縦続接続された場合のモード等価回路
  3. 3.モード等価回路を用いた実測結果の評価
    1. 3-1 準備
    2. 3-2 評価
      1. 3-2-1 UTPケーブルを用いた系における評価(送信部側浮遊・受信部側接地)
      2. 3-2-2 UTPケーブルを用いた系における評価(送受信部とも接地)
      3. 3-2-3 同軸ケーブルを用いた系における評価
      4. 3-2-4 コモンモード共振抑制によるノーマルモードへの影響低減
  4. 4.その他の場合の検討
    1. 4-1 イミュニティ問題への適用
    2. 4-2 3導体線路の場合への適用
    3. 4-3 モード変換量低減に対する実験的検討
    4. 4-4 PCB上の差動線路における検討
  5. 5.まとめ

第18章 自動車システムにおける電磁界インターフェース設計技術
     -アンテナからワイヤレス電力伝送、人体通信まで-

  1. 1.はじめに
  2. 2.アンテナ技術
  3. 3.ワイヤレス電力伝送技術
  4. 4.人体通信技術
  5. 5.まとめ

第19章 車車間・路車間通信

  1. 1.はじめに
  2. 2.ITSと関連する無線通信技術の略史
    1. 2-1 路車間通信システムとナビゲーションシステム
    2. 2-2 車車間通信システム
    3. 2-3 自動運転システムの研究開発略史
  3. 3.700MHz帯高度道路交通システム(ARIB STD-T109)
  4. 4.未来のITSとそれを支える無線通信技術
  5. まとめ

第20章 私のEMC対処法学問的アプローチの弱点を突く、その対極にある解決方法

  1. 1.はじめに
  2. 2.設計できるかどうか
  3. 3.なぜ「EMI/EMS対策設計」が困難なのか
  4. 4.「EMI/EMS対策設計」ができないとすると、どうするか
  5. 5.EMI/EMSのトラブル対策(効率アップの方法)
  6. 6.対策における注意事項
  7. 7.EMC技術・技能の学習方法
  8. 8.おわりに

【参考文献】

第1章

  • 浅井秀樹:"高速電子回路設計のためのSI/PI/EMIシミュレーション技術 -過去、現在、そして未来-"、電子情報通信学会基礎・境界ソサイエティFundamentals Review, Vol.5, No.2, pp.146-154, Oct.2011.
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  • 佐々木伸一:「マイクロストリップ線路におけるクロストーク低減技術」、エレクトロニクス実装学会誌、vol.9 No.5, pp.358-362、2006
  • 佐々木伸一:「マイクロストリップラインの線路厚と幅を考慮したクロストーク低減法」、ミマツコーポレーション環境電磁工学情報EMC11月号、No.247, pp.39-51、2008
  • 忍び寄る1GHz超ノイズ 甘く見るべからず、日経エレクトロニクス、日経BP社、2009年8月24日号
  • 正田英介他、システムとコンポーネントからみたEMC、電磁環境工学情報EMC、科学技術出版、No.300、2013年4月号
  • 瀬島孝太、豊田啓孝、五百旗頭健吾、古賀隆治、渡辺哲史、"モード等価回路を用いた非一様媒質中伝搬の回路シミュレーションとその適用範囲"、電子情報通信学会論文誌B、Vol.J96-B, No.4, pp.389-397, Apr. 2013.
  • 住永伸、"高性能プロセッサの実装設計における電源系の最適化"、電子情報通信学会技術研究報告 集積回路研究会、ICD-108, pp7-12, 2008
  • S. Suminaga, H. Mori, T. Nishio, "Design Impacts and Optimization on High-performance Low-cost Systems", International Conference on Electronics Packaging 2009, pp.38-43, 2009年11月
  • A. E. Ruehli, "Equivalent Circuit Models for Three-dimensional Multiconductor systems", IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol.22, no3, pp.216-221, 1974
  • E. Chiprout, M. S. Nakhla, "Asymptotic Waveform Evaluation", Kluwer Academic Publishers, 1994
  • M. Celik, L. Pileggi, A. Odabasioglu, "IC Interconnect Analysis", Kluwer Academic Publishers, 2002
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  • J. Y. Fang, "Method for analyzing voltage fluctuations in multilayered electronic packaging structures", U.S. Patent 5,566,083, 1994
  • 荒木健次、村山敏夫、鈴木誠、渡辺貫之、浅井秀樹、"電源雑音を手なずけるツールを開発 プリント配線基板を4時間で解析"、日経エレクトロニクス2005年1月31日号、pp.117-130, 2005
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  • 周:「プリント回路におけるクロストーク」 p.37, EMC1990.2.5 / p.28, EMC1990.3.5 / p.61,EMC1990.4.5
  • 碓井 : ボード設計者のための分布定数回路のすべて (改訂版) 自費出版, pp.108-117, (http://home.wondernet.ne.jp/~usuiy/), 2004
  • S. Hall, G.W. Hall, and J.A. McCall, High-Speed Digital System Design: A Handbook of Interconnect Theory and Design Practices, John Wiley & Sons, INC., New York, 2000.
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  • F. Xiao, K. Murano, M. Tayarani and Y. Kami, "Electromagnetic Emission from Edge Placed Differential Traces on Printed Circuit Board", in Proc. Int. Symp. EMC, Sendai, pp.29-32, Jun. 2004
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