研究室紹介OPAL-RING
肖 研究室

EMCがPCBに起こす問題に対する研究

昨今、電子機器の小型化が進んでおり、その基板もよりコンパクトに高集積化される傾向にある。それにより、狭い基板内に多くの配線が集約され、配線同士が非常に接近することになる。その結果、近接した配線間で発生した電磁波が干渉し、製品が誤動作を起こすことがある。しかも、電磁波が影響していることには気付きにくく、いったん組み上がった製品では原因究明が難しい上、設計段階でも電磁波に配慮しているものは少ないのが現実である。
当研究室では、未解明なことが多いEMC（Electromagnetic Compatibility：電磁環境両立性）の研究を行っており、中でも次の3つの点に注目している。

• ●PCB（プリント回路基板）におけるEMC問題。特に、送受信における歪みを表す信号品質（SI）と、基板上での電源電圧がどこまで一定かを意味する電源品質（PI）に関する研究。
• ●EMCに関するさまざまな計測技術の研究。この研究ではEMC研究における最前線の課題に取り組み、パソコンのCPUのようにクロックで発生する放射電磁波測定と、パソコンのそばに他の電子機器がある際の電磁波のイミュニティ（電磁耐性）測定の、2種類の測定を行っている。
• ●電磁界解析の研究。具体的にはPCBのEMC設計に活用できる、電磁界の3次元解析による電磁界の可視化を実現するためのプログラムの開発。

PCB関係の研究では、伝送線路間の結合現象であるクロストークのメカニズムについて研究している。最近の電子機器は多層化されているので、配線の長さや形状によって電磁波にどのような影響を与えるか、グランドに関しての欠落の影響についても調べている。これらのことを法則化することで、EMCに強い基板作りが可能となる。

EMC計測と計測装置の開発

他に例の無い、EMCに強いPCBガイドライン

環境電磁工学の学問体系は確立されたとは言えず、現在発展途上にある。今のところ、磁界を測定することから電界や電力流の測定をして電磁波放出のメカニズムを研究しているのは、当研究室だけである。
PCBにおけるEMC測定に関してさまざまな共同研究を行い、トレースに影響しないような間隔を具体的に実験してきたことで、どこまでは大丈夫で、どこからがだめなのかを規定できるようになった。このようなノウハウを活かして、基板配線のEMCガイドラインを作成している。最近の基板はコンピュータを使って設計を行っているので、性能を求めることを最優先にしている。しかし、設計段階でEMCに対して何も考えずに設計してしまうと、電磁妨害波の問題が生じたときには対策に時間がかかる。そこで、当研究室のガイドラインに従って設計を行えば、妨害波に強いものが作れる。そのため、このガイドラインは世界各地の多くの企業から引き合いがある。

EMC計測器の製作

当研究室製作の4-Septum TEM Cellは、印加方向を電子的に制御しており、短時間で測定できる。また、通常は1方向だけ測定して、他の方向は推測するだけであるが、この装置では実データの測定ができ、よりリアルなデータが得られるのも大きなアドバンテージである。今後は共同研究を行い、4-Septum TEM Cellの製品化を目指している。
既存のTEM Cellの場合、印加電磁界の方向が一方向だけなので、異なる印加方向での測定を行うには、測定対象物を別の方向にセットし直さなくてはならない。

EMC研究の確立

分からないことも多いEMC研究ではあるが、今後、放射の仕組みが分かれば、適切な対策が施せるようになる。このようなEMC研究を積み上げて、EMCに関する問題を解決していきたい。

自動車分野への進出

また、新しい分野で、自動車業界の電子機器にも関心がある。自動車には、ラジオやCDに加えて、最近ではカーナビやETCなどの電子機器も搭載されるようになり、それらが共存することが難しくなってきている。簡単な例では、ラジオに雑音が入るといったことが起こる。この原因として、長いハーネスから出ている電磁波がラジオに影響している可能性がある。電化の進む自動車業界では、EMCの問題はいっそう重要となることが予想される。その中で、当研究室のEMC技術が業界の牽引役になるよう積極的に展開していきたいと考えている。