EMI除去フィルタの働きや効果を測る方法について

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電子機器のノイズ障害は性能や信頼性を脅かす深刻な問題で、発生源・被害者・伝搬経路の3要素が揃ったときに起こります。理論的にはいずれかを断てば防げますが、「伝搬経路でノイズを遮断する」ことが最も現実的で効果的です。

ノイズ対策の基本「フィルタ」と「シールド」の役割

電子機器の設計において避けて通れないのが「ノイズ対策」です。代表的なシールドとフィルタについて説明いたします。

シールド

シールドは金属構造で機器全体を覆うため、確実な効果が期待できますが、コスト増・重量増という課題がつきまといます。

フイルタ

一方、電子部品として組み込めるフィルタは、必要な信号を通しつつ不要なノイズだけを除去できるため、軽量化・コストダウン・設計の柔軟性を同時に実現できます。

EMI除去フィルタの仕組みと種類

 EMI除去フィルタは、回路に流れる信号とノイズを分け、ノイズのみを取り除く役割を担います。
分離には、いくつかの方法があります。

• 周波数の違いを利用
  ローパスフィルタ・・・高周波域のノイズを抑え、低周波の信号を通過
• 伝搬モードの違いを利用
  コモンモードチョークコイル・・・コモンモードノイズノイズのみ抑制
• 電圧の違いを利用
  サージアブソーバ・・・高電圧のサージから電子機器を保護
  

種類	対象ノイズ	ノイズを区別する手がかり	信号とノイズの違い		実現手段	主な用途
EMI除去 フィルタ	電波雑音全般	周波数分布の偏り	信号	低周波	ローパス フィルタ	電気回路全般
			ノイズ	高周波
コモンモード チョーク コイル	コモンモードノイズ	伝搬モードの違い	信号	ノーマル	結合コイル	電源 (AC、DC) 差動信号
			ノイズ	コモン
サージアブ ソーバ	高電圧サージ	電圧の違い	信号	低電圧	非線形抵抗 放電ギャップ など	電子機器全般 (サージ 侵入口)
			ノイズ	高電圧

周波数で分ける4つのフィルタ

周波数で分離するフィルタは、下記の図に示す4つの主な種類があります。EMI除去フィルタとしては、対象のノイズの周波数をあらかじめ絞り込むことが難しい場合が多いので、多くの場合は、ローパスフィルタが使われます。

フィルタの効果を数値で確認 ー 挿入損失という指標について

フィルタの性能は「挿入損失」で表されます。これはフィルタを回路に挿入した際、ノイズがどれだけ減衰したかを数値化したものです。

▶︎ノイズを1/10に低減⇒20ｄB　 ▶︎ ノイズを1/100に低減⇒40ｄB
ｄB(デシベル)とは比率を表す単位です。ノイズが1/10倍になるたびに、挿入損失では20dB数字が大きくなります。

dBはこのように、大きな比率を足し算で表現できるので便利です。ノイズの測定結果も、通常はdBで表現されます。　
例えば40dBμVは、1μVを0dBとした電圧を表していて、100μVという意味です。

Sパラメータによる代用

• フィルタを線形回路とみなせる場合、挿入損失は Sパラメータの透過係数（S21またはS12） で代用可能
• 測定は、フィルタ前後に 50Ω系 を接続して行う
• 村田製作所では、特に断りがない場合は Sパラメータ測定値を挿入損失として使用

設計者が直面する課題

近年の電子機器は小型化・高性能化が進み、ノイズ環境はますます複雑化しています。　
⇒高速通信や高周波回路の普及により、従来の対策だけでは十分でないケースが増加
⇒環境規制や安全基準への対応も求められ、設計者は「性能・コスト・規制対応」の三立を迫られています。

EMI除去フィルタ製品ラインアップ

村田製作所では、こうした課題に応えるために幅広く多様なノイズ環境に対応可能な EMI除去フィルタをラインナップしております。

チップフェライトビーズ
BL□シリーズ

• 高周波ノイズを抑制する基本的なEMI対策部品
• プリント基板上での実装が容易でデジタル回路や電源ラインのノイズ除去に広く利用

LCローパスフィルタ
NF□シリーズ

• コンデンサとインダクタを組み合わせたフィルタ
• 高周波成分を効果的に除去し、通信機器や映像機器の信号品質を維持

コモンモードチョークコイル/コモンモードノイズフィルタ
DL□/PL□/NFG/NFPシリーズ

• 差動信号ラインや電源ラインに混入するコモンモードノイズを低減
• USB、HDMI、Ethernetなど高速伝送ラインでのノイズ対策に必須

リードタイプEMI除去フィルタ(エミフィル)
PLT09/10シリーズ

• 数MHz～数百MHz帯域で高いノイズ除去効果
• DC電源ラインや映像・音声信号ラインに適用可能/大電流対応モデルもあり

ブロックタイプEMI除去フィルタ (エミフィル)
BNXシリーズ

• 大電流対応で、広帯域にわたる高減衰特性を持つ
• FA機器や通信機器の電源ラインに最適
  例：BNX002-11（10A対応、1MHz～1GHzで40dB以上減衰）

音声ライン用ノイズフィルタ
NFZ_Sシリーズ

• オーディオ機器の音質劣化防止
• 音質を守りながらノイズ抑制が可能

LCトラップフィルタ
LQZシリーズ

• 0402サイズのワンチップノッチフィルタ
• キャリア周波数への妨害対策

また、特性確認やシミュレーションで効率的な設計をサポートを行う為の設計支援ツール「SimSurfing」を用意しております。
各種環境規制にも準拠しておりますので、安心して採用が可能です。

是非、気になる製品がある方。ノイズ対策でお困りの方は弊社へお問い合わせください！