Copyright 2013 Oki Engineering Co., Ltd. All rights reserved 2013 OEG セミナー EMC 設計アドバイザーを用いた EMI 抑制サービス EMC 設計アドバイザーを用いた EMI 抑制サービス 2013 年 7 月 9 日 EMC 事業部 戸所祐策
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 2 目 次 1.EMC 規格について 2.OKIエンジニアリングの ( 従来 )EMC 設計サービス 2.1 EMC 設計の目的 2.2 従来 EMC 設計サービス 3.OKIエンジニアリングの新 EMC 設計サービス 3.1 EMCサイトの対策支援 設計サービス 3.2 EMCアドバイザツールの概要 3.3 シミュレーション事例紹介 4. まとめ 5. トピックス
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 3 1.EMC 規格について EMC( 主要 ) 規格規格 試験内容 達成難易度 CISPR/VCCI/FCC 放射 EMI CISPR/VCCI/FCC 伝導 EMI IEC61000-3-2 高調波 IEC61000-3-3 フリッカ IEC61000-4-2 静電気放電 IEC61000-4-3 放射イミュニティー IEC61000-4-4 ファーストトランシ ェント ハ ースト IEC61000-4-5 雷サーシ IEC61000-4-6 伝導イミュニティー IEC61000-4-11 テ ィッフ / 瞬停 放射ノイズ対策が重要! EMI:Electromagnetic Interference EMS:Electromagnetic Susceptibility
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 4 2.OKI エンジニアリングの EMC 設計サービス OKI エンジニアリングでは EMC 規格をクリアするために 評価段階での切り分け 提案のみならず設計段階から EMC 設計にご協力いたします 2.1 EMC 設計の目的 品質 : EMC 規格を満足する コスト : 評価費用 対策部品コストを削減 再設計による設計コストを削減する 納期 : 出荷スケジュールを確保する 機会損失の回避
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 5 2.2 従来 EMC 設計サービス ( 設計手法 ) 各ステップでの EMC に特化したレビューが重要 方式設計具体設計 製造設計製造 評価 EMC 方式レビュー レビュー参画 図面レビュー 各 Sim レビュー参画 評価 LR ナレッジデータベース 対策支援サーヒ ス 作成 レビュー内容は確実にフィードバックすることが重要
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 6 2.2.1 設計レビュー支援サービス ( 方式設計 ) 方式設計具体設計 製造設計製造 評価 EMC 方式レビュー 回路設計機構設計場合によってはソフト設計のメンバとの意識合わせを行い 装置全体の EMC 設計の大枠を確認する レビューでの確認項目例 1. 装置の電源 GND 設計 事例 1 2. 筐体内の基板やハーネスのルートの検討 制約事項 事例 2,3 3. 実施するシミュレーションの選定 事例 4 4. フレキケーブルの必要性の検討 5. 流用 参考基板の選定 購入品パートナー依頼部分の注意事項 ( 複数基板で使用する部品 : 基板ライブラリ マウンタ性能の確認 ) 6. 必要な試験プログラムの確認 7. その他
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 7 方式事例 1.GND 設計 筐体 GND(FG) と信号 GND(SG) の考え方を装置内で統一する 1 多点ショート 21 点ショート装置仕様により確定する 3コンデンサショート 4 完全分離 多点ショートの事例 大きな安定した一つの GND を構築し GNDLOOP を起こさない様に 可能なかぎり SG-FG を接続する SG 座装置内で 7 基板で 34 箇所で FG とショート
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 8 方式事例 2. 基板とハーネスの実装関係 ( 筐体の開口部における放射の危険性の回避 ) 本来 ハーネスの GND を介して戻るべき電流が ハーネス GND が弱い ( 少ない ) 為筐体から戻ろうとする 帰電流がスリットを迂回して流れる為 両端で電位差が発生し電磁波を放射する アンテナ方向垂直 + + + + - - - - 装置開口部水平 回路ミスを筐体に影響させない!
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 9 方式事例 3. 筐体とハーネスとの C 結合の回避 ハーネスのルート折り曲げ 配線止め点でケーブルインピーダンスが変化している為 大きな反射が発生する可能性の検討 折り曲げの悪い例 ケーフ ル押さえの悪い例 回路 システムミスを筐体に影響させない
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 10 方式事例 4. 実施シミュレーションの一例適用するシミュレーションを選定する 1Signal Integrity ( 信号品質 ) 2Power Integrity ( 電源品質 ) ターゲットインピーダンス 同時スイッチング対策 引用資料 : 沖プリンテッドサーキット DC 電圧ドロップ ( 銅箔厚と電圧降下 ) DC 電流解析 ( 電圧分布と電流ベクトルプロット ) 引用資料 : 沖プリンテッドサーキット 3EMC アドバイザ ( 共振解析 ) 引用資料 :ANSYS カタロク
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 11 2.2.2 設計レビュー支援サービス ( 具体設計 ) 方式設計具体設計 製造設計製造 評価 図面レビュー 具体設計時の回路レビューでの確認項目例 1. バス線や重要信号線のトポロジー ( 形状 ) の確認 事例 1 2. コンデンサの使い方の確認 事例 2 3.GND を弱くしない部品の使用法 事例 3 4. 内層分割指示図と回路の確認 5. 表層ベタ GND と内層 GND の接続 VIA の確認 6. その他
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 12 具体事例 1. トポロジー検証部品の配置 配線時点で波形品質が決定する 反射の影響を確認する片方向 1 対 2 入力 CとパターンのCが悪影響 反射の影響を確認する双方向バス 1 対 N 二つのRCVを抵抗と配線で同じインピーダンスに見せる CPU LSI MEM LSI
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 13 具体事例 2. 複数種コンデンサの実装例 セラミックコンデンサの周波数特性 半共振の発生を理解して指示が必要 Vcc インヒ ータ ンス 1000pF I C 0.1μF 1000pF 0.1μF GND ESL 意味を理解せずつけても効果なし 周波数 半共振して高インピーダンス領域が発生している
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 14 具体事例 3.GNDがVIAで弱くなる BGAのVIAのクリアランス ダンピング抵抗のVIAのクリアランスで内層 GNDが孔だらけの弱い面になってしまい さらに 帰電流ルートが直下でなくなっている 往電流 帰電流 S G LSI V S 帰電流面の GND にスリットがある
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 15 2.2.3 設計レビュー支援サービス ( 製造設計 評価 ) 方式設計具体設計 製造設計製造 評価 Sim レビュー 完全にできなかったところ ( 妥協点 ) の確認例 ) 1 対 N のバス信号線の反射によるノイズの危険性の確認 方式設計具体設計 製造設計製造 評価 評価レビュー 評価で確認した内容に加えて 今回の設計で効果のあった施策 なかった施策をまとめて次につなげるナレッジデータベースを作成することが重要と考えます
3.OKI エンジニアリングの新 EMC 設計サービス 3.1 EMC サイトの対策支援 設計サービス 従来サービス実機測定 ノイズ源の切り分け 対策部品の利用を提案 新サービス設計段階でのEMI 抑制効果 新規設計 : パターン設計段階で回路や配線をアドバイス 改版設計 : 既設計基板の改版時の対策ポイントをアドバイス 使用ツール NEC 製 DEMITASNX DEMITASUNX は NEC の登録商標です Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 16
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 17 3.2 EMC アドバイザツールの概要 1.EMI チェックルール < 信号品質の確認 > 2 配線系チェック電流 ループアンテナ グラウンド 2. 電源プレーン共振解析 < 電源品質の確認 > 1 電源プレーンの形状 2LSI の電源ピンの位置 3 パスコン位置 容量 数量 4 動作周波数 GND 層 電源層 励振点 3 電源 GND 系チェック パッチアンテナ 電圧 1 リターンパス分断系チェック グラウンドスロットアンテナ スリット 3.3V 2.5V VCC 層 2.5V 領域での共振解析事例
3.3 シミュレーション事例紹介 (1) 対象装置 : 情報処理装置 対象基板 : 専用マザーボード 層構成 (10 層 ): SGSVSSVSGS 10m 法での実測結果 LCD コネクタ [db(μv/m)] 70 60 X5 371MHz 1.3dB マーシ ン X4 DDR3 50 X3 X6 EXT I/O Level 40 30 20 CPU 主要部品配置 チップセット 10 0 30.00 50.00 100.00 500.00 1000.00 371MHz は マザーボード -LCD インタフェースケーブル に支配されている (74MHz の動作周波数の 5 次高調波 ) Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 18
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 19 3.3 シミュレーション事例紹介 (2) スペクトルアナライザでの実機解析 I/F ケーブルの磁界強度
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 20 3.3 シミュレーション事例紹介 (3) 共振解析結果 LCD コネクタの実装面に近い電源層 (L4) の共振影響を解析 励振点 0dB -10dB db[μv/m] MHz
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 21 3.3 シミュレーション事例紹介 (4) LCD コネクタへの配線面 (L8) に影響を及ぼす電源層 (L7) の共振影響の解析結果 励振点 0dB -10dB 371MHz で 共振が発生! 対策が必要
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 22 3.3 シミュレーション事例紹介 (5) 7 層 ( 電源層 ) にターゲットを -10dB としコンデンサ追加を実行 1 db[μv/m] 4 3 2 5 6 追加箇所 6 追加順 1 MHz コンデンサを 6 個追加で反共振を繰り返し ながら目標をクリアすることが可能
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 23 3.3 シミュレーション事例紹介 (6) 対策基板 10m 法での測定結果 [db(μv/m)] 70 [db(μv/m)] 70 60 60 50 50 Level 40 30 Level 40 30 20 20 10 10 0 30.00 50.00 100.00 500.00 1000.00 対策前 0 30.00 50.00 100.00 500.00 1000.00 対策後 Frequency [MHz] 371MHz 1.3dB 12dB のマーシ ン確保
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 24 3.3 シミュレーション事例紹介 (7) シミュレーション結果からわかったこと 1. 放射ノイズの実機測定結果での 371MHz の基板上での対策ポイントが判明した 当初はCPU-DDR3 間の高速動作エリアが LCDコネクタ直下のプレーンを揺らしている もしくは基板からLCDハーネスに直接放射し影響させているのが原因ではないかと推測していたが LCDコネクタへの配線パターン (L8) の帰電流面 (L7) が共振して信号線にノイズを印加させているという真の原因が判明した 2. 基板単体のシミュレーション結果が悪くても 装置や基板内で閉じた回路では EMC 設計 :GND 設計をしっかりしておけば外部への放射ノイズの影響は少なく抑えられることが分かった ( 板金で覆う GND 数を増やす等 ) 3. デバイスがないVCCエリアでも共振してノイズ源となる 対策には複数個のコンデンサが必要である
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 25 4. まとめ EMC 設計を実践することつまり 有意義なレビュー 必要なシミュレーションを実施することで 通常の設計範囲で判り得る可能な限りの問題点を設計段階で洗い出し EMI 測定をスムースにクリアすることが可能といえます 仮にクリアできなくても 新たな原因 真の問題点 への対応にいち早く着手でき問題 解決時間を大幅短縮することが可能です OKI エンジニアリングでは EMC 対策で設計段階に後戻りすることなく 市場に製品を タイムリーに提供できる様に EMC 設計にご協力いたします
5. トピックス 2012 年 9 月 車載 業界別売上高推移 本庄テクノセンタ増設稼働開始 LED 照明 対象年度 07 08 09 10 11 12 強化されるサービス 車載電波暗室 車載 EMC 総合試験のご提供 プライベート規格対応試験の充実化 大型シールドルーム LED 関連製品の総合試験サービスの提供 エコ関連製品の対応強化 安全試験室 EMC+ 安全認証ワンストップ支援 プリチェック支援 Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 26
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 27 本庄テクノセンタレイアウト 第 2 車載電波暗室 車載試験室 測定室 車載電波暗室 車載ノイズ試験室 準備エリア アンプ 電源室 大型シールドルーム シールドルーム 安全試験室 試験室 サイトの種類 車載電波暗室 シールドルーム 車載ノイズ試験室 試験室 EMI 測定距離 1m - - - 搬入間口 (m) W1.8 H2.3 W1.8 H2.3 W1.8 H2.0 W1.8 H2.0 電界吸収クランフ 法 G-TEM 9KH~40GHz エミッション磁界ラーシ ルーフ アンテナ法 TEMセルl 伝導 100KHz~200MHz 10kHz-30MHz ISO10605:ESD イミュニティ ISO11452シリーズ IEC61000シリーズ ISO7637-2,3 供給電源容量 製品安全試験特殊試験 AC 1 3φ 12k VA 1 3φ 12k VA - 1 3φ 12k VA DC 0~500V 30A 0~110V 100A 0~60V 50A 0~500V 30A
Copyright 2013 Oki Engineerig Co., Ltd. All rights reserved 28 ご清聴いただき ありがとうございました お問合せ先 EMC 事業部 TEL:0495-22-8411 担当 : 戸所祐策 URL: ご連絡をお待ちしております