アート電子株式会社
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■EMC対策の部品の選択（コンデンサ編）

受動部品は寄生的な抵抗、容量、そしてインダクタンスを含んでいる。

EMC問題が発生する高周波領域では、これらの寄生成分が問題となり、 その部品が異なった挙動を示す。 

例えば、 高周波領域において、
コンデンサは、その内部やリードのインダクタンスによって共振を起こし、
最初の共振点より上の周波数領域では主に誘導性のインピーダンスを持つ。 

コンデンサに関しては、これらの寄生成分が小さく、より高い周波数まで、
最良の高周波性能を持つ、表面実装セラミック・コンデンサが
EMC対策のために推奨される。

tit_kaihatsu.gif

■EMC対策の部品の選択（抵抗編）

受動部品は寄生的な抵抗、容量、そしてインダクタンスを含んでいる。

EMC問題が発生する高周波領域では、これらの寄生成分が問題となり、その部品が異なった挙動を示す。


例えば、 高周波領域においては、
皮膜抵抗はコンデンサ (0.2pF 程度の並列容量により) になるか、
あるいはインダクタ (リード・インダクタンスと抵抗により) となる。

また、これら２つが共振し、より複雑な挙動を示すこともある。

 1kΩ 以下の皮膜抵抗は通常は数百 MHz まで抵抗性を持つが、巻線抵抗は数 kHz 以上では使いものにならない。


これらの、寄生成分が小さく、より高い周波数までその抵抗性を持つ為、
EMC対策としてSMD抵抗が推奨される。

例えば、1kΩ以下のSMD抵抗は、通常は 1GHz でも抵抗性を持つ事が出来る。

tit_kaihatsu.gif

トライアキシャル（Triaxial 三重同軸）とBNC同軸ケーブルの区別

BNC同軸ケーブルは図1のようになっています。 

トライアキシャルは図２のようになっています。

トライアキシャルは２層構造なので、ノイズ等にはより強く、 より広いバンドワイドを持ちますが、価格は高いです。

TTL とCMOS のインタフェースの回路設計をする場合の注意点として
アンダシュート、オーバシュートはスペック内にすることです。 
TTL ICからの出力でCMOS LSIを駆動する場合、
アンダシュートノイズや入力レベル不足で誤動作する場合があります。 
これは、TTL IC の出力インピーダンスが低いのに対し、CMOS LSI の
入力インピーダンスは非常に高く、反射によりアンダシュートを発生する為です。 
また、入力レベルにおいても、TTL レベルとCMOS レベルとに差があり、
特にハイレベル側の電圧不足が問題となります。
対策方法として下記があります。
　（1）TTL IC の出力端子に抵抗を入れアンダシュートを防止する。
　（2）CMOS IC の入力にプルアップ抵抗を取り付ける。
　（3）専用のインタフェースIC を使用する。
tit_kaihatsu.gif

回路設計時の電源の設計は極めて重要です。

電源の内部抵抗を十分に考慮しなければ出力の容量が足りなくなり、回路が予想通りに作動できなくなります。


例として内部抵抗の違いによる出力差を試算しました。

図1_2.jpg

図1、図２ともに１Ωの負荷を繋ぐとの仮定で、
その違う内部抵抗の状況下で、
実際に負荷にかかっていた電圧を上記の図１、図２により示してあります。


上記の試算結果から設計時の内部抵抗の考慮は重要だと
お分かりになるでしょう。

LSI・パッケージ・ボード(LPB)の設計連携に向けて
JEITA LPB相互設計ワーキング・グループ(LPB-WG)が提案した
｢LPB標準フォーマットV2.0(LPB-V2.0)｣に、
商用EDAツールが昨年2012年11月対応を開始しました。

■LPB(LSI-Package-Board)標準フォーマット
  　http://www.jeita-edatc.com/wg_lpb/home/format.html

　○LPB相互設計紹介
　　LPBとはLSI・パッケージ・ボードの相互設計のことです。
　　LPBが連携し合って競争力ある製品設計を迅速に仕上げることを
    目指します。
　　その為にはLPBに関わる設計に必要な情報や設計結果を流通させる
　　必要があります。

　　JEITAではこの情報流通を目的として情報交換用のファイルと　　その書式を定めました。

　　これにより設計部門間と部品・材料サプライヤのバリューチェーンの
　　中で情報交換が容易となり、設計の無駄の削減や問題点の解決が最適
　　かつ迅速に行われることを目指しています。

　 　○背景
　　開発の難易度アップ、コスト・開発期間の国際競争の激化に対応する
　　ためには設計のやり方の変革が必要です。
　　LSI、パッケージ、ボード(以下LPB)個々の最適化ではセット全体の
　　最適化を実現するのは難しくなり
　　全体を見越した設計が必要です。
　　設計・解析のセットアップ情報や結果を共有する為の標準規格を
　　策定しています。
　　これによりLPBの各設計部門間で情報交換が容易となり設計の無駄の
　　削減や問題点の解決が最適かつ迅速に行われることを
　　2009年7月LPB相互設計ワーキンググループを発足し目指しています。

　○活用メリット
　　共通規格ができると全体での情報伝達が容易になり、
　　早い段階で全体設計構想を練ることができることが期待できます。
　　また設計後の解析もLPBの統合解析が可能となり全体を包含した結果を
　　出せます。
　　解析結果は全体構想設計の中で吟味し、LPBのどの部分に設計変更の
　　フィードバックをすべきか適切に判断します。
　　これにより全体最適を促進します。

　　設計期間の観点でみても短期化が期待できます。
　　仕様がはっきりしてからの設計となるので個別設計の期間を短縮でき、
　　設計品質を高められるので設計のやり直し回数を削減する効果もあります。
　　設計やシミュレーションの入力情報の収集やセットアップの時間も短縮でき、
　　全体として開発期間が短縮できます。

fig_2.gif
CANopen.png

CANopen（きゃんおーぷん)の概説


■CANopenは通信プロトコール、デバイスプロファイル、
　アドレッシングスキームで定義されたアプリケーション層から
　構成される。

■CANをベースにしてラップされたプロトコル。

■CANopenのノードはコンシュマーとプロデューサーで構成される。

■CANopenはチップの違いを吸収するために通信プロファイルが　定義されている。

何よりCANopenがチップの依存性を下げたので、商品のデバイス変更、バージョンアップ等の開発にソフトの移植性の向上にメリットが大きい。

新設計や開発プロジェクトのごく初期から用いられる、
能動コンポーネントや受動コンポーネントの正しい選択は、
EMC 適合性を達成することを助け、必要となるフィルタや
シールドの費用、大きさ、そして重量を軽減をする事が出来る。

一例として、標準ロジック・ファミリー等は、デジタル回路では、方形波で動作する為、高い高調波成分を持つ。

したがって、周波数がより高くなり、そのエッジがより鋭くなると、高調波の周波数とエミッション・レベルはより高くなる。

製品がその仕様を満たす範囲で、常に最も低いクロック速度、
そして最も遅いエッジ速度を選択すること、
74HC シリーズが使える時は、74AC シリーズを使わない事、
4000シリーズの CMOS が使える時には、74HC を使わない事等を
注意する事が必要で有る

tit_kaihatsu.gif

伝送線の理論と実践に欠かせないパラメータは、信号の周波数と波長です。

インピーダンス、信号特性など、全て信号の周波数と波長をベースに考えられています。

下記の表はそのパラメータの一覧です。

アート電子の設計も、これらの理論に基づいて行なわれています。

これらの資料が御社の設計にお役に立てば非常に嬉しいことです。

波長.png

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termination.JPG

高速な信号を伝送線路を通して伝送する際、

その末端でのインピーダンス不整合に伴う信号の反射、 

そして、反射による波形の歪みを防ぐために、

線路を適切な方法で終端することが必要となる。 

このような終端の適切さは、VSWRや 反射減衰量(リターンロス)として

数値化することができる為、 弊社では、シュミレーションによる最適値の

算出を行っています。

 
基本的な終端の方法：

１．直列終端
　信号源側に直列に抵抗を挿入し、 信号源インピーダンスを線路の

　特性インピーダンスと整合させる。 

　古典的な高周波伝送路においては 負荷側の並列終端と組み合わせて

　用いられる場合が多いが、この場合には負荷に供給される電圧が半分に低下する。 

　負荷が高インピーダンスの場合 (負荷端を終端しない場合) には、

　定常時に終端抵抗が電力を消費しないというメリットがあるが、 

　線路の途中の信号波形は負荷端からの反射によって歪むことになる。 

　デジタル回路においては、 特性インピーダンスと整合していない直列抵抗であっても、

　ダンピング抵抗として機能して 余計な振動 (リンギング) を抑制させられる場合もある。


２．並列終端
　線路の負荷端に並列に抵抗を挿入し、 負荷端のインピーダンスを線路の

　特性インピーダンスと整合させる。 

　シングル・エンド信号の場合、 終端抵抗はグランドとのあいだに接続することも、 

　他の基準電圧とのあいだに接続することもできる。 

　平衡伝送の場合、 終端抵抗はそれらの信号線のあいだに接続されることが多いが、 

　その半分の値の抵抗を それぞれの信号線とグランドなどとのあいだに接続する場合もある。 

　双方向のバスでは、線路の両端を並列終端する場合が多い。


３．テブナン終端
　並列終端の変形であり、 シングル・エンド信号の並列終端の場合に信号源に

　要求される 非対称な駆動能力を緩和するために、信号線とグランドとのあいだと

　信号線と電源レールとのあいだの双方に抵抗を接続する。 

　それらの抵抗は、その並列抵抗が線路の特性インピーダンスと一致するように選択される。

　最も単純なケースではそれらの抵抗は等しい値とできるが、 信号源の駆動能力

　 (例えば、シンク能力の方がソース能力よりも高いロジック IC も多い) や、 

　伝送線路が駆動されていない時 (そのような状態になり得る場合 ―― バス構成では普通はそうなる) 

　にどのような電位としたいかなどに応じて、抵抗の比率を変えることもある。 


４．RC 終端
　これも並列終端の変形であり、 並列終端やテブナン終端の場合に問題となることがある。 


　定常時の消費電流を低減するために、 

　抵抗と直列に適当な大きさのコンデンサを接続することによって、 

　高周波的には線路の特性インピーダンスと等しいインピーダンスでの終端を達成しながら、 

　定常時には終端が電流を消費しないようにする。


　基本的には、終端抵抗は伝送線路の特性インピーダンスと一致するように選択すれば

　良いのであるが、周波数が高くなると線路に接続される部品の端子間容量も無視できなくなり、 

　単純に特性インピーダンスと等しい値の抵抗で終端しただけでは満足な結果が得られなくなるかも知れない。 

　このため、場合によっては、

　所望の周波数における VSWRや反射減衰量(リターンロス)の値が

　目標に達するように、 あるいは波形の歪みが少なくなるように、

　伝送線路や終端を微調整することも必要となり得る。

tit_kaihatsu.gif
電子回路設計時に使用される、抵抗・コンデンサは 多くのメーカ間で統一された規格で販売されています。 
回路
設計で算出された設計値の製品が有れば良いのですが、
多くの場合、下記の規格品の中から近い物を選ぶ事となります。 
また、流通性等考えると、E24系までで選定する事をお勧めします。
 
E3系列
1.0 2.2 4.7
 
E6系列
1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8
 
E12系列
1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2
 
E24系列
1.0 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.0
3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1
 
E48系列
10.0 10.5 11.0 11.5 12.1 12.7 13.3 14.0 14.7 15.4 16.2 16.9
17.8 18.7 19.6 20.5 21.5 22.6 23.7 24.9 26.1 27.4 28.7 30.1
31.6 33.2 34.8 36.5 38.3 40.2 42.2 44.2 46.4 48.7 51.1 53.6
56.2 59.0 61.9 64.9 68.1 71.5 75.0 78.7 82.5 86.6 90.9 95.3
 
E96系列
10.0 10.2 10.5 10.7 11.0 11.3 11.5 11.8 12.1 12.4 12.7 13.0
13.3 13.7 14.0 14.3 14.7 15.0 15.4 15.8 16.2 16.5 16.9 17.4
17.8 18.2 18.7 19.1 19.6 20.0 20.5 21.0 21.5 22.1 22.6 23.2
23.7 24.3 24.9 25.5 26.1 26.7 27.4 28.0 28.7 29.4 30.1 30.9
31.6 32.4 33.2 34.0 34.8 35.7 36.5 37.4 38.3 39.2 40.2 41.2
42.2 43.2 44.2 45.3 46.4 47.5 48.7 49.9 51.1 52.3 53.6 54.9
56.2 57.6 59.0 60.4 61.9 63.4 64.9 66.5 68.1 69.8 71.5 73.2
75.0 76.8 78.7 80.6 82.5 84.5 86.6 88.7 90.9 93.1 95.3 97.6
 
E192系列
10.0 10.1 10.2 10.4 10.5 10.6 10.7 10.9 11.0 11.1 11.3 11.4
11.5 11.7 11.8 12.0 12.1 12.3 12.4 12.6 12.7 12.9 13.0 13.2
13.3 13.5 13.7 13.8 14.0 14.2 14.3 14.5 14.7 14.9 15.0 15.2
15.4 15.6 15.8 16.0 16.2 16.4 16.5 16.7 16.9 17.2 17.4 17.6
17.8 18.0 18.2 18.4 18.7 18.9 19.1 19.3 19.6 19.8 20.0 20.3
20.5 20.8 21.0 21.3 21.5 21.8 22.1 22.3 22.6 22.9 23.2 23.4
23.7 24.0 24.3 24.6 24.9 25.2 25.5 25.8 26.1 26.4 26.7 27.1
27.4 27.7 28.0 28.4 28.7 29.1 29.4 29.8 30.1 30.5 30.9 31.2
31.6 32.0 32.4 32.8 33.2 33.6 34.0 34.4 34.8 35.2 35.7 36.1
36.5 37.0 37.4 37.9 38.3 38.8 39.2 39.7 40.2 40.7 41.2 41.7
42.2 42.7 43.2 43.7 44.2 44.8 45.3 45.9 46.4 47.0 47.5 48.1
48.7 49.3 49.9 50.5 51.1 51.7 52.3 53.0 53.6 54.2 54.9 55.6
56.2 56.9 57.6 58.3 59.0 59.7 60.4 61.2 61.9 62.6 63.4 64.2
64.9 65.7 66.5 67.3 68.1 69.0 69.8 70.6 71.5 72.3 73.2 74.1
75.0 75.9 76.8 77.7 78.7 79.6 80.6 81.6 82.5 83.5 84.5 85.6
86.6 87.6 88.7 89.8 90.9 92.0 93.1 94.2 95.3 96.5 97.6 98.8
今日は、近傍界と遠方界についてつぶやいてみます。
自由空間の波動インピーダンスは276.7Ωで、放射源から離 れることにより、
波動インピーダンスが自由空間のインピ ーダンスに近づく。 
放射源の近傍に自由空間インピーダンスと大きく異なる領 域を近傍界と呼ぶ、
距離が充分に離れて波動インピーダンスが自由空間インピーダンスに近づいた領域を遠方界と呼ぶ。
 近傍界から遠方界への移行は徐徐に生じ、明確な境はない が、
習慣的に波長をλとしてλ/(2π)までを近傍界と、それより遠くを遠方界と考えることが多い。
よって波長によ り、近遠方界の境目は変わる。 
通常、電磁界の強度は距離に反比例すると仮定されるが、 
これより近傍界においては成り立たない。
また、遠方界に おいては電界強度と磁界強度の間の変換空間インピーダンスを
用いて行なうことが出来るが、この関係も近傍界においては崩れる。
よって近傍界で得た情報で遠方界を計算するととんでもない結果になり得る。
逆も同じことになる。 
つまり近傍界と遠方界を別世界として考える必要がある。

お客様からノイズ対策についてお困りになっているというお話をよく伺います。

ノイズ対策として、S-Nap,DEMITASNX等紹介させて頂いてますが

ソフトが高価,オペレーターの教育が必要で導入し難いという問題があります。

弊社ではシミュレーションのみの対応も行っておりますので 

開発品が少量,ノイズに詳しい人がいない等でお悩みの場合は

弊社でシミュレーションを行いサポートさせて頂きます。

基板が仕上がったところ、その厚みはどう見積もりするか、IPC-221国際基準に規定があります。

プレート後の外部導体の厚み

ベース銅箔

最小厚み

1/8 OZ

20μm

1/4 OZ

20μm

3/8 OZ

25μm

1/2 OZ

33μm

1 OZ

46μm

2 OZ

76μm

3 OZ

107μm

4 OZ

137μm

1OZ毎に30μmが増える

＊IPC-2221より引用
スライド8.jpg

ドライバ側の信号が同じでもドライバとレシーバの間の距離によってレシーバ側にある信号挙動が違います。 1cm長を伝送されたレシーバ信号はドライバ側とほとんど 同じで区別付かないほどです。 同じソース信号が20cm長のレシーバ側に強いアンダー＆ オーバーシュットの信号特性を持ちます。このような信号挙 動は信号の伝送時間によるものです。伝送線路の長さによっ て反射が発生し、レシーバ側に付加されます。 結論として高速信号特性を得るための条件は信号の伝送 時 間が信号上昇時間よりもっと短いことです。 ちなみに信号伝送のスピード
　ｖ＝c/(εr)1/2    c ---- 光速   εr ---- 伝送媒体の比誘電率

アート電子はこのような伝送線理論を駆使して高速信号 基板のパターン設計を行なっています。

P7180737a.jpg

昨今、上流設計の省力化に伴い、 お客様からハードウェア開発、

ソフトウェア開発の依頼が増えております。 

アート電子では回路の検証から部品手配、実装、組み付けに至るまで、

 トータルで製品開発をサポートさせて頂きます。 

これにより、開発担当者様には、

コアとなるシステム開発や構想設計等に注力して頂き、 

更なる業務の効率化が可能です。 

また、単純なハード開発の依頼だけで無く、

 ・現行の製品のノイズを減らしたい

 ・試作品が誤動作して困っている

 ・製品コストを減らしたい

　等 様々な問題解決を含む開発も、お引き合い頂いております。 

抱えている問題がございましたら、是非ご相談下さい。

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56 市役所・萩丘住宅テクノ都田浜工高前下車（所要20分）　＊アート電子社屋まで　ともに　徒歩5分

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