EMCプレコンプライアンスの基礎

製品開発においては、まずデバイスが期待どおりに動作することを検証するためにテストを実施します。すべての電子デバイスは、認定された社内試験施設において電磁干渉 (EMI) 適合性試験に合格しなければなりません。EMI試験に合格することは、デバイスのEMIエミッションが許容レベルを満たし、適切な規制基準に準拠していることを示します。

EMIは、電磁両立性 (electromagnetic compatibility) を表す包括的な用語である「EMC」に含まれます。プレコンプライアンス試験を実施する際には、デバイスから発生する実際の電磁現象、すなわちエミッションであるEMIの試験が重要となります。

ラップトップからスマートフォンに至るまで、すべての製品は認定されたテストハウスでコンプライアンス試験に合格する必要があります。デバイスが連邦政府が義務付けるコンプライアンス試験に合格しない場合、製品を販売することはできません。

コンプライアンス試験の最終段階は通常高価です。製品がコンプライアンス試験に合格しない場合、設計をやり直すだけでなく、製品開発スケジュールにも影響します。これらの遅延は、生産コストと製品の市場投入能力に影響を与えます。

正式なテストハウス認証の前にデバイスが合格することを確実にするために、EMCテストを実施することは極めて重要です。

以下の情報は、EMCプレコンプライアンス試験として知られる、独自の環境でEMCテストを実施するために知っておくべきことの概要を示しています。詳細については、以下の推奨読書セクションの資料をご覧ください。

図1：製品開発サイクルにおけるプリコンプライアンス試験の重要性

EMCは、電気機器とその電磁環境、および他の機器との相互作用を指します。すべての電子デバイスは電磁界を放出する可能性があり、適合性試験は、電子デバイスが安全なEMIレベルで動作することを保証する試験の最終段階です。

認定された試験機関は、お客様のデバイスが適切なレベルの放射を有しているかを判断するために、様々なEMI試験を実施します。これらの試験は、エミッション試験とイミュニティ試験の2つのカテゴリに分類できます。各カテゴリ内で、放射試験と伝導試験の両方を実施する必要があります。

• 放射試験は、非物理媒体（ケーブル試験）を介して電子デバイスから放出される意図しない電磁エネルギーを特性評価するものです。
• 伝導試験は、物理媒体（ケーブル試験）を介して電子デバイスから放出される意図しない電磁エネルギーを特性評価するものです。

図2：放射エミッションおよび伝導エミッション測定によるDUTからのエミッション特性評価

EMIプリコンプライアンスを理解し、テストを実行する方法を把握するには、それに関連する主要な用語を知っておくと役立ちます。

このセクションでは、EMIプレコンプライアンス測定に適用される関連用語の一部について学びます。

用語集

• EMC – 電磁両立性 – デバイスからの電磁エネルギーの意図しない発生または伝播を指す「包括的な用語」。
• EMI – 電磁干渉
• エミッション – 実際の現象、またはプレコンプライアンス測定中にテストされるエミッション。EMIは、設計およびテスト中に適切に考慮されない場合、隣接するデバイスとの望ましくない干渉を引き起こす可能性があります。
• 感受性 – 電磁エネルギーにさらされたときに、望ましくない応答を許容する電子機器の特性。
• 放射干渉 - 無線ノイズまたは不要な信号が空中を介して発生する干渉（物理媒体を介さないもの）。
• 伝導干渉 - 伝導された無線ノイズまたは不要な信号が直接結合（ケーブル経由）によってトランスデューサー（受信機）に入り込むことによって生じる干渉。
• CISPR – 国際無線障害特別委員会。電気・電子デバイスにおける電磁干渉を監督するための規格を策定しています。
• LISN（ラインインピーダンス安定化ネットワーク）は、可能な限りクリーンな信号を必要とするDUTから電源を分離するため、重要です。
• 電波暗室 – 音響または電磁波を吸収し、すべての内部表面からの反射を低減するように設計されたシールドルーム。
• 放射 – 電磁波の形でエネルギーを放出すること。
• イミュニティ：受信機またはその他の機器やシステムが無線妨害を排除できる特性。

プレコンプライアンスは、被試験デバイス (DUT) が最終的なコンプライアンス試験に合格することを確実にするための、低リスクで費用対効果の高い手法です。製品開発サイクルの終盤までコンプライアンス試験を待つことは、高コストであるためリスクを伴います。コンプライアンス試験の費用には、コンプライアンスラボでの時間予約や、不合格の場合のDUTの再設計が含まれます。費用を節約し、コンプライアンス試験中の予期せぬ事態を避けるためには、適切なプレコンプライアンス試験が不可欠です。

プレコンプライアンス・テストとコンプライアンス・テストの主な違いは、下の画像に示すように、正式な手続きと電波暗室の使用です。

電波暗室は、電磁波の反射を吸収するように設計された部屋であり、電子デバイスに予期せぬ干渉がないことを確認するための試験に最適です。一般的に、ほとんどの電子デバイスメーカーは社内に電波暗室を持たないため、適合性試験は電波暗室を使用する正式なプロセスとなります。これらは多くの場合、第三者機関を通じて事前に予約されます。これらの電波暗室は、プレコンプライアンス試験と最終適合性試験の間の重要な差別化要因です。

図3：電波暗室の使用が、プレコンプライアンス・テストと最終コンプライアンス・テストの主な違いです。

エミッション試験は、デバイスから放出される電磁エネルギーの量を測定します。デバイスが近くのデバイスに偶発的に干渉しないようにするため、エミッション試験は重要です。

エミッション試験には、放射と伝導の2つのカテゴリがあります。

放射エミッションテストは、デバイスからの無線電磁エネルギー放出強度を定量化します。これらのデバイスからのエミッションが適切な規格に準拠していることを保証します。多くのデバイスがこの種の測定で不合格となるため、プレコンプライアンスの放射エミッションテストに時間を投資してください。

図4：放射エミッションテストに必要な機器には、プレコンプライアンスソフトウェアを搭載したシグナルアナライザ、三脚に取り付けられたアンテナ、およびDUTが含まれます。

放射エミッション試験に必要な機器は次のとおりです。

• 校正済みEMIアンテナ、三脚に取り付け、DUTから1～3メートル離して配置
• EMCプレコンプライアンス測定ソフトウェア(キーサイトN6141A EMI測定アプリケーション)を搭載したスペクトラム・アナライザ
• プリアンプ

干渉を避けるため、放射エミッションテストは他の機器から離れた場所で実施する必要があります。例えば、広い駐車場や空いている会議室を利用できます。放射エミッションテストのプロセス中に、放送ラジオ、テレビ、または携帯電話からの送信がDUTやアンテナと相互作用しないことが重要です。

伝導RFエミッションは、DUT内の電気的活動によって生成され、相互接続された電源、信号、またはデータケーブルに沿ってDUTから伝播する電磁妨害です。伝導妨害は、DUTから直接他の電子デバイスに結合経路に沿って伝わります。さらに、伝導妨害はデバイス自体の中で伝播し、性能に悪影響を与える可能性があります。伝導エミッション試験は、DUTのAC電流によって生成されるこれらの不要な信号に焦点を当てます。

伝導性RFエミッション試験に必要な機器は次のとおりです。

• EMCプレコンプライアンス測定ソフトウェア(キーサイトN6141A EMI測定アプリケーション)を搭載したスペクトラム・アナライザ
• LISN（ラインインピーダンス安定化ネットワーク）
• リミッタ

イミュニティ試験は、デバイスが他のデバイスから放出される電磁エネルギーに対してどの程度影響を受けやすいかを判断します。

放射イミュニティテストでは、周囲環境にある他のデバイスからの無線エミッションに対するデバイスの感受性をテストします。

放射イミュニティ試験に必要な機器は次のとおりです。

• 信号発生器 (キーサイト MXGまたはEXG)
• 近傍界プローブセット
• 無線

伝導イミュニティテストは、他のデバイスからのEMIに対するデバイスとケーブルの感受性を評価します。

イミュニティ試験は、デバイスが隣接するデバイスからの電磁エミッションによって影響を受けないようにするために重要です。イミュニティ試験は、他のプレコンプライアンス試験よりも迅速かつ簡単です。CISPR規格ではイミュニティ試験は要求されていませんが、当社では強く推奨しています。

図6：伝導イミュニティ試験に必要な機器には、信号発生器、シグナルアナライザ、近傍界プローブセット、およびDUTが含まれます。

EMCテストは、デバイスが他の機器の性能を脅かしたり劣化させたりするエミッションを放射することなく、設計仕様どおりに動作することを保証します。EMCテストは、国際無線障害特別委員会 (CISPR) などのEMC規制機関によって策定された厳格なエミッション標準を満たす必要があります。国際無線障害特別委員会であるCISPRは、放射EMIを測定するための機器と方法を決定します。さらに、CISPRは、業界および製品を販売する国に応じて、電子機器の放射エミッションの必要レベルを定めています。

DUTの測定を行う前に、いくつかの予備的な質問を検討することが不可欠です。

1. 貴社の製品は、ヨーロッパ、米国、アジア太平洋、中国のどの国で販売されますか？
2. 製品の分類は何ですか？

• 情報技術機器 (ITE)
• 産業、科学、または医療機器 (ISM)
• オートモーティブ
• 通信
• 汎用品／家庭用品
• 製品は、家庭用、商用、産業用のいずれで販売されますか

これらの質問へのご回答は、お客様の製品に適用されるEMC規格を特定する上で役立ちます。製品のEMC規格を把握することで、必要なEMC試験測定を計画できるようになります。

プレコンプライアンス試験の利点

EMCプリコンプライアンス試験は、時間と高額な手直しを節約します。開発プロセス中にEMCプリコンプライアンス試験を含めることで、製品が完全なEMCコンプライアンス試験に合格する可能性を大幅に高めることができます。プリコンプライアンス試験システムを追加することは、製品のEMCコンプライアンスを達成するための最適なアプローチであり、市場投入までの時間を費用対効果の高い方法で短縮できます。

図7：すべての電子機器は、製品の種類と販売地域に応じて、特定のエミッション規制に合格する必要があります。

キーサイト プリコンプライアンスソリューション

• キーサイトXシリーズ・アナライザは、当社の最先端の信号解析により、設計、テスト、および提供を支援します。広範なリアルタイム解析から低コストのEssential測定まで選択できます。
• N6141A EMI測定アプリケーションは、キーサイトXシリーズの25を超える測定アプリケーションの標準ライブラリの1つです。このアプリケーションは、Xシリーズ信号アナライザを強力なEMIプレコンプライアンスおよび診断ソリューションに変え、新しい設計の市場投入までの時間を短縮する使いやすいデータ収集および分析ツールを提供します。

シグナル・アナライザでEMIプレコンプライアンス試験を実行する利点は、新製品のEMI性能を適切に推定し、プロジェクトの終盤でEMIコンプライアンスに不合格となるリスクを低減できることです。

プリコンプライアンス測定をより深く理解するには、以下のアプリケーションノート「放射および伝導測定によるプリコンプライアンス測定の理解」をご参照ください。