전자 실드 (EMI Shield)

• 개구부의 전자 실드 대책

함체 내부는 운용시 조작부가 존재하고 함체에 개폐부를 설치할 필요가 있다.

개폐부는 전자 실드부재를 이용하거나, 또는 반사에 의한 노이즈를 감쇠시키는 구조를 연구할 필요가 있다.
방열용 개구경은 전자 실드와 방열성의 양립이 필요하다. 공기가 통하는 길을 확보하고, 또한 필요 개구면적을 설치할 필요가 있다. 개구형상에 대해서 전자 실드특성은 직경이 작은 구멍을 다수 배열하고 개구면적을 실현한 쪽이 전자 실드 효과가 크다는 보고가 있기 때문에 장치 기본 클록의 고조파가 누설되지 않도록 개구경의 선정을 행하고 있다.

• 필터의 특성을 향상시키는 전자 실드 대책

함체에 의한 전자 실드 대책은 노이즈 억제책으로서는 매우 효과가 있으나 폐해도 있다. 그것은 함체 내에 갇힌 노이즈가 난반사됨으로써 함체 밖으로 나오는 케이블 등에 커플링이 발생한다. 따라서 필터링 한 후의 장치 출구 전자 실드 대책이 중요하다. 구체적인 대책은 아래와 같이 행하고 있다.

① 억제 주파수에 대한 필터의 선정
② 노이즈 필터 실장 위치의 최적화
③ 노이즈 필터에 대한 1차측과 2차측의 분리

특히, ③은 매우 중요하며 이것을 고려하지 않으면 노이즈 필터의 감쇠효과를 기대할 수 없게 될 것이다.

판금에 의한 1, 2차의 분리뿐만 아니라 PCB 상에서 그랜드 패턴의 배선도 추가하여 실시할 필요가 있다.

케이블 대책

케이블의 출구대책의 기본은 함체의 도입부에 있어서 케이블과 함체간의 전위차를 규제시키는 주파수 대역으로 충분히 작게 하는 것이다.

STP(Shilded Twisted-Pair cable)는 케이블의 전자 실드를 함체에 저임피던스로 접속함으로써 실현할 수 있다.

UTP(Unshilded Twisted-Pair cable)는 케이블과 장치의 접속점의 바로 근처에 불필요파를 억제하는 필터를 삽입한다.

여기에서 필터에 요구되는 조건은 아래의 4가지이다.

① 신호대역에 있어서의 손실이 적은 것
② EMI 규제 대역에 있어서 억제량이 큰 것
③ 펄스 마스크를 만족하는 것
④ 커먼모드와 정규모드를 억제할 수 있는 것

여기에서는 신호의 손실을 작게 하여 불필요파의 억제량을 크게 취하기 위해서 LC필터를 사용한다.

위 그림은 각종 필터의 구성을 나타낸다.

(a)는 커먼모드 초크 코일이다.

(b), (c)는 3차 저역 필터이며 (c)는 커먼모드를 억제하기 위해 프레임그랜드(FG)에 접속하고 있다.

위 그림은 각종 필터의 전송 특성 시뮬레이션 결과이고, 아래 그림은 각종 필터를 삽입했을 때의 케이블로부터의 방사 레벨을 측정한 것이다.

정규모드와 커먼모드 양쪽의 억제 특성이 좋은 (c) 필터가 출구대책용으로는 가장 우수하다.

(a) 필터는 정규모드에 대해서 거의 효과가 없고 커먼모드에 대해서는 1차 필터가 되기 때문에 그다지 양호한 억제 특성은 없다. 또 (b) 필터는 커먼모드에 대해서 1차 필터가 되어 억제 특성을 그다지 기대할 수 없다.

장치간 인터페이스로 파형 왜형을 규정하고 있는 펄스 마스크를 만족하기 위해서는 주파수에 대해서 위상이 리니어로 변화하는 필터를 사용한다. 위상 특성이 주파수에 대해서 리니어로 변화하지 않으면 파형이 변형되고 펄스 마스크를 만족할 수 없다.

디지털 회로는 출력 임피던스가 레벨에 따라 다르기 때문에 아날로그 필터으 설계와 조건이 달라진다. 필터의 설계는 아날로그 필터의 설계 툴과 회로 시뮬레이터의 최적화 기능을 사용하여 실현하고 있다.
수십 MHz 이상에서 필터의 특성을 충분히 인출하기 위해서는 부유용량이나 기생 인덕턴스 등의 기생소자의 발생을 가능하면 억제하는 것이 필요하다.

위 그림에서 사용한 필터는 표면실장(SMD) 소자를 사용하여 기생소자를 고려하여 실장, 배선하고 있다. 또 하나 실장에서 중요한 점은 아래 그림에서 ④의 경로를 통하여 나오는 노이즈 대책이다. 장치 내부에서 발생하는 노이즈 레벨이 높으면 경로 ④에 의해 필터의 효과가 없어지게 된다. 필터는 케이블을 접속하는 커넥터 근처에 실장하지만, 필터와 함체간의 인쇄 패턴, 커넥터 핀 등의 배선, 필터 부품등 경로 ④를 통하여 온 노이즈가 실려 케이블에서 방사된다. 경로 ④를 억제하는 방법은 아래 그림에서 점선으로 표현했듯이 필터와 케이블간의 배선을 전자 실드한다.