近傍界測定によるプリント回路基板の遠方EMIの推定

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11834008
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 和田 修己 岡山大学, 工学部, 助教授 (10210973)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮下 卓也 岡山大学, 総合情報処理センター, 助手 (70304300) ; 豊田 啓孝 岡山大学, 工学部, 助手 (20311798) ; 古賀 隆治 岡山大学, 工学部, 教授 (20027147)
• Keywords: プリント回路基板 / 近傍界測定 / EMI / EMC / 遠方界 / バスライン / クロックライン / シミュレーション

Research Abstract

高速の「ディジタルプリント回路基板(PCB: Printed Circuit Board)」から放射される電磁雑音を「近傍界測定」により評価して、実際にEMI(Electromagnetic Interference:電磁波妨害)規制値が規定されている「遠方界」(3mないし10m)での電磁雑音強度を推定する。対象は「バスライン」と「高速クロックライン」である。
まず、単一信号線につき、周期的クロックのみではなく、ディジタルの「ランダムデータ」による放射をモデル化した。RZおよびNRZデータ電圧スペクトルについて任意波形を信号の立上りと立下りに分解して、タイミングを考慮してそれぞれのスペクトルを合成する事により、1dB以内の誤差で予測可能である事を実測とシミュレーションにより示した。さらに電圧から近傍界スペクトルを0.5dB以内の誤差で予測可能である事を示した。すなわち、要素分解により合成スペクトル全体が表現できる事を明らかにした。
次に、複数信号線につき、やはり要素分解した電圧波形から合成した近傍界スペクトルが、実測と良く一致する事を示した。また信号のタイミングのずれによるレベル変動をミュレーションにより精度よく再現した。
さらに、有限で切り欠きのあるグランド面を持つ基板につき、近傍界測定から基板上電流分布を推定し、その結果から遠方界を予測して実測と比較した。全面グランド基板と切り欠き基板、および一部帰路電流を確保した基板につき、近傍界からの予測結果と遠方界実測結果を比較した結果、EMI強度の変動の推定誤差は3dB以内と良好であった。ただし遠方界強度自体の推定誤差が3〜8dB程度あるため、次年度はさらにコモンモードの発生機構、電流予測、および遠方界計算について精度向上を図る。

Research Products

• [Publications] Fukumoto, Nakamura, Wada, Koga (第1著者:Yukihiro Fukumoto): "A Design Method of Decoupling Circuits for a Digital PCB to Reduce High Frequency current on Power and Ground Planes"1999 International Symposium on Electromagnetic Compatibility. 9-12 (1999)
• [Publications] Watanabe, Wada, Koga (第1著者:Tetsushi Watanabe): "Common Mode Current Prediction from Normal Mode Voltage with Limited Width Ground Pattern of Printed Circuit Board"1999 International Symposium on Electromagnetic Compatibility. 220-223 (1999)
• [Publications] Watanabe, Wada,Miyashita, Koga (第1著者:Tetsushi Watanabe): "Common-Mode-Current Generation Caused by Difference of Unbalance of Transmission Lines on a Printed Circuit Board with Narrow Ground Pattern"IEICE Trans. Communications. E83-B・3(印刷中). (2000)