これまでの回で扱ったシールド・フィルタ・グランドは、EMI（電磁干渉）対策の基本ですが、高密度実装や高出力の電力変換が進むと、これらだけでは対処しきれない場面が出てきます。第6回では、基本手法の延長線上にある電波吸収材とアクティブフィルタ、そして産業分野ごとに異なる要件を整理します。
電波吸収材：反射から吸収へ
金属シールドは電磁波を反射して遮りますが、反射されたエネルギーは消えるわけではなく、筐体の内側にとどまります。筐体の寸法がノイズの波長と関係すると内部で共振が起き、特定の周波数でノイズが増幅されてケーブルや開口部から漏れることがあります。電波吸収材は、電磁波のエネルギーを材料内部で熱に変えることで、この反射と共振を抑えます。
吸収材には、磁性体（フェライト）粉末をゴムや樹脂に混ぜたシート、導電性繊維や炭素材料を含む発泡体などがあります。基板上のICの直上に貼って近接する回路間の結合を抑える、筐体の内壁に貼って共振を抑える、といった使い方が一般的です。効く周波数帯と厚さが材料ごとに異なるため、対象のノイズ周波数に合わせて選びます。
アクティブフィルタとソフトウェアによる制御
受動フィルタは、低い周波数の大きなノイズを落とすほどインダクタやコンデンサが大型になります。アクティブフィルタは、ノイズを検出し、増幅回路で逆位相の信号を注入して打ち消す方式で、受動部品の小型化や軽量化に寄与します。電力変換器の伝導ノイズ対策などで用いられ、検出から注入までの遅れと安定性の設計が要点になります。
ソフトウェアによる制御は、第5回で触れたスルーレート設定やスペクトラム拡散クロックに加え、スイッチング周波数の切り替えや、複数の電力変換器のスイッチングタイミングをずらす手法が該当します。いずれもノイズを消すのではなく、周波数上で分散させたり、敏感な回路が動作する時間帯を避けたりする考え方です。
産業分野ごとの要件
- 自動車：多数の電子制御ユニットとモータ、高電圧系統が同じ車体に同居します。車両全体と部品単位の両方でEMC要件が定められ、部品メーカーには完成車メーカーごとの仕様への適合が求められます。
- 航空宇宙：機体は雷や外部の強い電磁環境にさらされ、安全に直結する機器が多いため、イミュニティ要件が特に厳しく、試験の記録と設計根拠の文書化が重視されます。
- 医療機器：患者に接続される機器は、誤動作が直接危害につながります。医療機器向けにEMCの専用規格が整備され、他の機器や無線機との共存が評価項目になります。
- 通信機器：自らが無線を扱うため、自装置のノイズが受信感度を下げる自己干渉が固有の課題です。
- 産業制御：モータやインバータ、溶接機などの大電流機器と同じ盤や配線を共有するため、伝導ノイズと過渡的なサージへの耐性が重視されます。
測定と監視
対策の効果は測定で確認します。認証試験は電波暗室などの規定環境で行いますが、開発中は近傍電界プローブやスペクトラムアナライザで問題箇所を特定するのが実務的です。設置後の設備では、ノイズレベルの継続的な監視によって劣化や環境変化を早期に検知することもできます。
まとめ
吸収材は反射を熱に変えて共振を抑え、アクティブフィルタは打ち消しによって受動部品の負担を減らします。どちらも基本手法を置き換えるものではなく、補うものです。分野ごとの要件は異なりますが、発生源・経路・被害側の整理と早期の設計組み込みという原則は共通しています。最終回では、対策に使う材料の種類と使い分けを扱います。
