2014 Fiscal Year Annual Research Report
電子機器に深刻な障害を与えるESD電磁ノイズの特性解明とEMC問題の抜本対策
| Project/Area Number |
26289078
|
|---|
| Research Institution | Tohoku Gakuin University |
|---|
Principal Investigator |
川又 憲 東北学院大学, 工学部, 教授 (00244905)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嶺岸 茂樹 東北学院大学, 工学部, 教授 (70146116)
石上 忍 独立行政法人情報通信研究機構, その他部局等, その他 (80242345)
吉田 孝博 東京理科大学, 工学部, 講師 (10385544)
林 優一 東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (60551918)
森 育子 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (20455140)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 静電気放電ESD / 環境電磁工学EMC / 電磁的両立性 / 電磁障害 / イミュニティ / インパルス性電磁ノイズ / 通信障害 / 振幅確立分布APD |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は，放電物性と発生する電磁妨害波の関連性を究明し，インパルス的な妨害波の発生メカニズムの解明と，妨害波の伝搬および混入メカニズム究明に主眼を置いて，組織的な取り組みを行った．研究課題ごとの成果を以下に示す．
①ESDによる電磁波放射は，(1)電極間の静電容量と充電電圧で決まる静電エネルギーが初期エネルギーとなり，(2)放電による電流の時間変化割合が放射のソースポテンシャルを決定し，さらに，(3)電極表面を流れる過渡電流の電流経路長が放射効率を決定するアンテナ効果に大きく関係することを明らかにした．
②実際のESDイミュニティ試験による誤動作の把握を行うために，FPGA搭載試験ボードに実装されている小型LEDへの文字列の出力，アナログ出力ポートからのパルス波形出力などのコードを実装し，イミュニティ試験が行えるようになった．
③過渡電磁界を測定するのに適した電磁界センサの理論的検討を行った．また，インパルス性過渡電磁界波形についてAPD(振幅確率分布）を適用し，インパルス電磁界がアンテナを経由し妨害源となる場合，及び回路と結合して妨害源となる場合の両者を想定して，それぞれのAPDを測定し，それぞれに固有の特性を評価した．
④ESD特性に関わるパラメータを算出する環境を構築し，有限要素法シミュレーションによって，ESD発生時のギャップ長に対するギャップ間の電界分布，電界強度，放電源・放電対象物間の静電容量の算出，ならびに電極接近に伴うギャップ長変化時の各パラメータの時間変化を算出できるようにした．
⑤ESDノイズの結合メカニズム及びノイズ伝搬特性をFDTD シミュレーションにより明らかにするため，機器モデル及び接続線路のシミュレーションモデルを構築した．また，モデルの妥当性を確認するために，妨害源から機器までの伝達関数などを求め，得られた結果の妥当性を確認した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成26年度の研究計画は概ね順調に進捗した．各課題の成果および成果の公開状況を以下に示す．
①ESD放電パラメータと放射ノイズ特性の関係究明では,目的通り，ESD現象と放射メカニズムの要因の関係について整理を行うことができた．これらの成果は電気学会論文誌A(Vol.135,No.5,pp.265-270)に採録が決定している．さらに，2015 APEMC(Asia-Pacific International EMC Symposium)にも採録が決定し発表予定である．
②ESDモデリングと電磁波の放射メカニズム解明では，イミュニティ試験モデルとしてFPGA評価ボードの選定を行うことがでした．これにより供試機器へのイミュニティ試験結果を考慮し実測に基づくモデルの構築が行える段階となった．
③ESDに伴う超高速・広帯域電磁ノイズの時間領域測定技術とノイズ影響評価法の開発では，電磁界センサの検討については，ほぼ計画通りに進行した．また振幅確率分布によるインパルス性電磁界の評価については，27年度実施計画に先んじて検討を始めている．この結果は，2015 APEMCに採録が決定し発表予定である．
④ESDインパルス性電磁ノイズに対する電子機器のイミュニティ評価と設計手法開発では，ESD特性に関わるパラメータの算出に関しては，シミュレーションに必要な3Dモデルの構築や条件のチューニング，マクロの作成が完了した．進捗は概ね順調である．これらの研究成果は，2015 APEMC，電子情報通信学会ソサイエティ大会，静電気学会全国大会にて発表予定である．
⑤伝導性インパルス性電磁ノイズの伝播特性の解明では，研究実施計画の項目について、そのすべてを達成すると共に，計画を大きく上回る成果を得た．これらの成果は電気学会論文誌に採録が決定していると共に，2015 APEMCにも採録が決定し発表予定である．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画は，当初計画に概ね従い推進する予定である．各課題ごとの計画を以下に示す．
①ESD放電パラメータと放射ノイズ特性の関係究明では,電磁波放射を決定する励振要素と，放射電磁波特性の関係を明らかにするための検討を行う．その結果を基に，②④のESDノイズのモデリングと関連し，放射電磁ノイズ特性の決定要素について定量化を行う．
②ESDモデリングと電磁波の放射メカニズム解明では，FPGA評価ボードを供試機器としたイミュニティ試験を実施し，ノイズ特性と誤動作発生割合について評価を行う．この結果を基に，④のイミュニティ試験モデルの結果と照合し，ESD放射ノイズのモデル化を行う．
③ESDに伴う超高速・広帯域電磁ノイズの時間領域測定技術とノイズ影響評価法の開発では，振幅確率分布によるインパルス性電磁界の評価結果を用いて，被害側のディジタル無線通信システムのビット誤り率（BER）の推定を行い測定により求めた同通信システムのBERと比較することで，インパルス性電磁界による同通信システムの障害の特性と傾向を明らかにする．
④ESDインパルス性電磁ノイズに対する電子機器のイミュニティ評価と設計手法開発では，先行研究および①②で得られたESD特性の実験条件に合わせてシミュレーションを行い，ESD特性に関わるパラメータを算出し，実測データと算出パラメータとの相関性を調査することで，ESD源のモデリング手法を発展させ，ESDイミュニティ設計手法の開発へ結びつける．
⑤伝導性インパルス性電磁ノイズの伝播特性の解明では，シミュレーションモデルを用いて，インパルス性電磁ノイズが機器へ伝搬する特性について，漏えい源から機器上の各点への伝達関数を解析的に求める．さらに超高速パルスジェネレータを用いて実験的に確認し，解析結果を可視化することで機器や線路へ結合メカニズムを明らかにする．
|
| Causes of Carryover |
平成26年においては，科学研究費補助金分ならびに学術研究助成基金助成金とも，概ね計画通りの予算執行を行うことができた．但し，26年度においては，本研究計画の研究打ち合わせならびに報告会を4回計画したが，日程の確保の問題で3回の開催となった．このため，旅費等にて97,908円の次年度使用額が生じた．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額の発生により平成27年度の研究計画の大きな変更は生じない．研究は申請書の研究計画に従って遂行する．前年度からの97,908円は主にその他に配分し，研究成果の発表等で生じる論文発行料，別刷代，さらには国際会議参加費等に充てる予定である．
|
