Electrical ＆ Magnetic EM上島Lab 代表

上島 敬人

【略歴】
総合家電メーカーにて42年間白物家電...もっと見る 【略歴】
総合家電メーカーにて42年間白物家電の設計開発部門にて下記業務に従事。
《商品設計（電気系）》
　ハードウェア設計・評価：アナログ設計、SW電源、インバーター等
　プリント基板設計：製造性、法規に熟知した実装パターン設計
　品質・信頼性評価：EMC、熱、電気系信頼性評価・対策
　開発マネジメント：FMEA、DR、法規等QMS管理・対内外折衝、VE推進
《電気系開発技術・システム開発》
　CAD/PDMを中心としたシステム開発・運用
　CAE：電磁界シミュレーションを活用したEMC検証、対策

【取得資格】
　iNARTE EMC Design Engineer

皆様こんにちは、EM上島Lab　上島です。
題名にもありますがノイズはどちらかというと『迷惑』ですから、自分の方には向かってきてほしくないものです。とはいうものの、そのようなものに限って近づいてくるのが迷惑なところかもしれません。今回は、ノイズは好むと好まざるに関わらずそこにあるとして、侵入してくるノイズにどのように相対するかを考えます。

外部で発生したノイズはなぜ侵入するのか

ノイズには様々な形があります。また、その発生原因により様々な性格を持ちうることはこれまでお話ししてきました。そして、その性格により侵入経路も様々です。言い換えるとノイズの性格を知ることにより侵入経路もある程度推定できるとも言えます。
侵入経路と性格がわかっていれば、そのノイズを完全に遮断することは困難でも、ある程度減衰することは可能です。
第8話でノイズを減衰させるためのポイントを以下としました。

1. ノイズの周波数の見極めることが重要
2. オームの法則、キルヒホッフの法則という電気の大原則で論じることができる

ノイズが持っている性格の一部は周波数に依存して現われます。例えば方形波のノイズなら奇数次高調波が強調されるなどです。
インピーダンス分圧により、回路に侵入するノイズを減衰させるにあたって、得たい信号は減衰させることなく通過させ、特定の周波数成分で構成されたノイズだけを減衰させるには、その周波数成分だけにインピーダンスを生じさせる工夫が必要です。

フィルタリング技術

そのような便利なモノがあるのか。
・・ですよね。
周波数特性をもつ素子としてはインダクタンス \(L\) やキャパシタ \(C\) があります。
周波数 \(f\) と各素子によるインピーダンスの関係はそれぞれ以下となります。

これらの素子と抵抗を組み合わせることで特定の周波数 (帯) あるいは特定の周波数以上 (以下) の周波数に対してインピーダンスを発生することが可能となります。
これらの特徴を組み合わせて、ノイズの侵入経路にセットすることで特定の周波数の信号に対してその侵入レベルを減衰させることができます。
一般にノイズフィルターと呼んでいますが、高周波数成分を通過させるハイパスフィルター、低周波数成分を通過させるローパスフィルタ、特定の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルターと区別されます。フィルタリング技術は不要なノイズを減衰させるためのRLCの組み合わせ技術といえますが、不要なノイズ、通過させたい信号両方の周波数特性を正しく把握することが必要です。

但し実際には、部品を構成する材料や構造により余分な抵抗成分やインダクタンス成分を持つため、例えばキャパシタの場合理想的な容量成分だけを持ったキャパシタ特性ではありません。インダクタンスも同様に巻き線間の容量成分が特性に影響を及ぼします。
フィルタリング技術は、単純な組み合わせだけではなく、素子を構成する材料特性や構造も加味することが重要です。

世の中の話の続き

世の中には情報があふれている・・・という言葉はずいぶん前から聞きますが、情報が伝わる過程で様々なフィルターがかかり、発信元の情報から変容していることも多くあるのではないでしょうか。何より、自分自身が聞きたい情報だけをより分け、さらに都合の良いように解釈すると言った、多段階のフィルターが入っていることもあるかもしれません。

テレビや新聞、最近ではSNSなどで情報は入ってきます。
正しい情報を見分け、正しく解釈し正しい行動に移らなければなりませんが、意図に反して事態の緊急性や自分の都合 (自分にとっての正当性) で行動してしまうこともあるかもしれません。

最近見た震災のドキュメンタリーで、ディジタル回線がダウンするなか、消防の緊急用に確保されていたアナログ回線の電話が繋がるという情報が拡散され全国から自分の家族を心配する問い合わせが入り、災害緊急の情報網がダウンしてしまったという事例がありました、拡散した人はよかれと思ったのかもしれませんが、緊急回線をダウンさせてしまうという最悪の状態を招いてしまったのです。
情報のフィルタリングとともに行動の前に、その行動どのような状況を招きそうなのかという想像力が大切ではないかとおもいます。

次回はノイズと電磁界の関わりを考察します。
最後までお読みいただきありがとうございました。

次回は11月号に掲載予定です。