AltiumLive 2022: EMC の問題を発生前に阻止する

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Todd H. Hubing は、数十年にわたり EMC と協力してきました。 彼は IBM でエンジニアとして働き始め、その後ミズーリ大学ローラ校 (現ミズーリ科学技術大学) の EMC 研究室で教授を務め、その後クレムソンに移り、そこで車両エレクトロニクス図書館を設立しました。 現在、Todd は最新の取り組みである LearnEMC に注力しています。

AltiumLive 2022 で、Todd は、設計プロセスの早い段階で賢明な決定を下すだけで、ボードに大損害を与える前に EMC 問題を回避する方法についての考えを共有します。 彼がこのインタビューで指摘しているように、これは、後で EMC の問題が発生するまで待って、EMC に合格するまでボードを再設計するよりもはるかに優れています。

このインタビューで、Todd は、設計サイクルの後半で EMC トラブルにつながる一般的なエラーのいくつかと、それらを回避する方法、および設計者が EMC 設計テクニックについて学ぶ必要性について説明します。

アンディ・ショーネシー：調子はどうだ、トッド？

トッド・ヒュービング:順調です、ありがとう。

ショーネシー:トッドさん、EMC での長い歴史をお持​​ちなので、あなたの経歴を少し教えてください。 あなた自身、以前の仕事、そして現在の会社について教えてください。

ハブ:私が EMC に入社したのは 40 年前の 1982 年でした。私は IBM に入社し、約 7 年間同社の EMC グループに所属していました。 その後、ミズーリ大学ローラ校で教員の職に就きました。 そこにいる間、私はトム・ヴァン・ドーレンとチームを組み、その後ジム・ドリューニアックとディック・デュブロフとチームを組みました。 当社には EMC 研究所があり、基本的には実際の製品の実際の問題を調査し、何が起こっているのか、どのようにモデル化するのか、そしてそれに対して何をすべきかを理解するために研究を行っていました。

私はそこで 17 年間勤務し、その後クレムソン大学の寄付教授の職に就き、主に自動車関連の EMC で働き続けました。 私はそこにいる間、CU-ICAR (クレムソン大学国際自動車研究センター) に所属していました。 私は 2015 年にクレムソン大学を退職し、それ以来、短期コースといくつかの大学コースでコンサルティングと指導を行っています。

ショーネシー:確かに、私たちの何人かは、あなたとトム・ヴァン・ドーレンがミズーリ大学ローラ校のEMC研究室にいたとき、典型的な学術界ではなく現実のEMC研究に取り組んでいたのを覚えている人もいます。私の言いたいことはわかるでしょう。

ハブ:それは正しい。 私がIBMにいたとき、多くの大学教員が私たちと一緒に働きに来てくれました。 そして、正直に言うと、私は大学の教員に対して比較的悪い印象を持っていました。なぜなら、彼らは非常に理論的で、常に問題を解決できるものに変えようとしていたのに、彼らはそれをもはや私たちの問題ではないものに変えてしまったからです。 そうです、UMR に行くことは、実際に何が起こっているのかに集中する機会でした。

ショーネシー:そして今、その多くを AltiumLive の参加者と共有できるようになりました。 そして、レイアウトが EMC に関してどのようにさらなる問題を引き起こす可能性があるかについてのプレゼンテーションをご覧いただきました。 概要を教えてください。

ハブ:私は「EMC コンプライアンスの失敗を引き起こす一般的な PCB レイアウトの間違い」に焦点を当てることにしました。 もちろん、それについて一日中話し合うこともできましたが、私は明らかな間違いにはあまり焦点を当てないことにしました。 私がコンサルティングを行っているデザイン分野で一緒に仕事をしている人のほとんどは、多くのコースやプレゼンテーションの主題となるような明らかな間違いを犯していませんが、同じ間違いを何度も何度も目にしています。また。 したがって、これらは必ずしも完全な初心者が犯す最も一般的な間違いではありませんが、私が私のところに来たボードで最もよく見られる間違いです。

ショーネシー:EMC に大きな影響を与える可能性のある一般的なエラーの例をいくつか挙げてください。

ハブ:私が最初に取り上げる主な問題は、アースの問題です。 グラウンディングに関する情報はたくさんありますが、人々は依然として誤解する傾向があります。 そして、グラウンディングについて聞いたことが多ければ多いほど、誤解する可能性が高くなります。 人々はグランドと電流リターンを混同していますが、どちらも非常に重要な概念です。

本当に接続すべきグランドから隔離するために多大な労力を費やしている製品をよく見かけます。 そしてその逆、隔離されるべきなのに適切に隔離されていないという事態も起こりえます。 そしてそれは実際にはそれほど複雑ではありません。 それで、私はそれによって物事を少し解決したいと思っています。

ショーネシー:プレゼンテーションの中にホラーな話がいくつかありますか?

ハブ:確かに、プレゼンテーションでは例を挙げています。 もちろん、コンサルティング業務の例を示すことはできませんが、公開されている基板レイアウトで良い設計と悪い設計の例をいくつか見つけることができました。

ショーネシー:それでは、EMC の問題に取り組んでいる人にどのようなアドバイスをしますか?

ハブ:そうですね、最善のアドバイスは、自分自身を教育しなければならないということだと思います。 インターネット上には非常に良い情報がたくさんありますが、他の情報と同様に、インターネット上には本当に悪い情報もたくさんあります。 しかし、より多くのことにさらされ、より多くの質問をすればするほど、これに慣れてくるでしょう。 そしてもちろん、私は偏見を持っているかもしれませんが、EMC コースを受講することを強くお勧めします。

人々が受講できるさまざまな短期コースがたくさんあります。 そして、それによってインストラクターと対話し、「なぜこれがそうなのか?」などの質問をする機会が得られます。 または、「あなたはこう言っていますが、他の人からは別の言い方だと聞いたのですが、どちらが正しいのですか。また、その理由は何ですか?」 自分自身を教育するためにできる限りのことをしてください。

ショーネシー:あなたのプレゼンテーションから出席者が得られるであろうポイントにはどのようなものがありますか? 彼らが何を持って立ち去ることを望みますか？

ハブ:さて、私は 6 つのよくあるレイアウトの間違いについてお話しますが、次回のデザインでこれらの間違いを犯す可能性が少なくなることを願っています。 それはわかりますが、それが参加者に理解してもらいたいことです。

接地不良が最もよくある間違いですが、うっかりフィルターをバイパスしてしまうことも僅差で起こります。 人々が非常に優れたフィルターを設計し、ノイズがその周囲を通る経路を提供しているのを目にします。 これらの結合経路は必ずしも明らかではありませんが、体系的に観察するとすぐに現れます。

電力変換器のレイアウトについても説明します。 適切に設計されたパワーコンバーターであれば、実際にはノイズの問題は発生しません。 実際、新しいコンバータは 20 年前に使用されていたものと比較すると非常に優れていますが、電力コンバータの放射放出または伝導放出にノイズが発生している人が依然としています。 それはほとんどの場合、レイアウトが悪いことが原因です。 そして、それはほとんどの場合、メーカーの推奨事項に従っているためですが、その推奨事項はしばしば非常に不十分です。 そこで、良いパワーコンバータレイアウトと悪いパワーコンバータレイアウトについて少し説明し、いくつかの例を示します。

電源バスのデカップリングは、20 年前に私たちが初めて会ったときも問題でしたが、今でも問題になっています。 電源バスのデカップリングに適した手法は、製品の種類によって異なります。 クラスを受講したりセミナーを視聴したりして、ある種の製品に非常によく当てはまる内容を学んだとしても、それが自社の製品には適用されないことがよくあります。 製品でこれを行うと、電源バスのノイズが発生します。 デジタル デバイスは、EMC 問題を引き起こす原因となるノイズを電源バス上に載せるべきではありません。

最近非常に重要になっているもう 1 つの問題は、大小のセラミック コンデンサを並列接続しているときに発生します。 おそらくこれは決して良いアイデアではありませんが、大きなものは電解コンデンサー、小さなものはセラミックコンデンサーだったので、過去に人々はそれを回避していました。 しかし、コンデンサ技術は現在、実際に非常に大きなセラミックコンデンサを入手できる段階に達しています。 ESRが低く、大きいものは小さいものと共振します。 そのため、通常ギガヘルツを超える 1 つの狭帯域スパイクを除いて、すべてが素晴らしく見える製品が増えています。

それはどこからともなく現れたように見え、彼らが意図せずに作り出した共鳴です。 そして、それが起こる理由はありません。 これらの大きな値を小さな値と並列に置くべきではありません。 もうその必要はありません。

最後のよくある間違いは、コモンモード チョークを備えるべきではない基板にコモンモード チョークを取り付けていることです。 そして、なぜそれが起こっているのかを正確に言うのは難しい。 しかし、その一部は、コモンモードチョークを販売しているフィルタコンポーネントメーカーからのアプリノートやガイダンスによるものだと思います。

もちろん、コモンモードチョークが完全に適切な状況もいくつかありますが、実際にはコモンモードチョークを設置すべきではない場所にコモンモードチョークを設置している設計が多く見られます。 彼らは問題を解決するのではなく、問題を引き起こしているのです。

ショーネシー:5、6年前には誰もがコモンモードについて話していたようです。

ハブ:確かに、コモンモード電流は放射性物質の発生源です。 それは本当だ。 ただし、コモンモードチョークを使用することが適切かどうかは別の話です。

ショーネシー:面白い。 自動車関連で多くの仕事をしてきましたか？ おそらくEVや自動運転車、さらにはインフォテインメント システム全般によってその割合は増加すると思われます。

ハブ:はい。 私がレビューしているボードの少なくとも半分は自動車用ボードだと思います。 彼らは通常、接地を間違っています。 そして、アースの問題はEMCだけの問題ではないので、少し心配です。 ステアリング制御モジュールまたはブレーキ制御モジュールの接地に問題がある場合、それは安全上の問題でもあります。 したがって、それが業界における大きな問題であると私は見ています。 何をすればいいのかわからないというわけではありません。 それは、人は常にやるべきことをやっているわけではないということです。

ショーネシー:右。 20 年前からシグナル インテグリティについて誰もが話し続けてきましたが、一部の設計者は依然として EMC 向けの設計を黒魔術のように考えています。

ハブ:私も同意します。 EMC に関しては多くの懸念がありますが、同時に多くの混乱もあります。 実際、20 年前にバックアップした場合、20 年前に機能していたものは現在は機能しません。 それらはもはや行うべき正しいことではありません、それは状況が変わったからです。 回路が違います。 問題が発生する周波数は異なり、テストの一部も異なります。 それでも、適応することに抵抗があります。 この業界で 20 年以上働いている人は、何がうまくいき、何がうまくいかないのかを知っていると感じます。 そしてそれが問題の大きな部分だと思います。

私個人としては、新興企業や新興企業と仕事をしていると、通常、EMC を使用することで物事がすぐにうまくいくことに気づきました。 多くの場合、最悪の問題は、古い企業、または古い確立された企業に製品を供給している OEM に発生します。

ショーネシー:多くの OEM には、その分野の専門家がもうスタッフにいないので、あなたのようなサードパーティの人に EMC の対応を任せているように見えますか?

ハブ:そうやって最終的には議論に勝つことが多いのです。 顧客は OEM と私を連れてきて、基本的に同じオンライン会議に参加させて、何を行うかを交渉します。 そして最終的には、「OEM は、これが準拠することを保証しているのでしょうか? それとも、私が準拠することを保証しているのでしょうか?」という質問をします。 正しく設計されていれば適合することを保証しますが、OEM は通常、そのようなことを望んでいません。

したがって、常に勝つとは限りませんが、一般的に、私たちがその議論に勝つときは、それが私たちが勝つ方法です。 場合によっては、OEM が、私の意見では必ずしも最も安全または最も信頼できる方法ではない方法で物事を行うことを主張することがありますが、OEM は顧客です。

ショーネシー:右。 そして、彼らはしばしばリスピン用にデザインしており、リスピン用の予算も立てています。 それがよく起こっているのがわかりますか？

ハブ:絶対に。 それが私の授業での大きなポイントです。 テストに合格するまで再設計を続けると、テストに合格するように製品を設計したことになります。つまり、良い製品ではなく、実際に使用したときに適合しない製品を設計したことになります。 そして、自動車業界だけでなく、ほとんどの業界で同じようなことがたくさん起こっています。 人々はテスト室に入り、合格するまで製品を再設計しますが、その後現場で問題が発生します。 あるいは、それがコンポーネントの場合は、そのコンポーネントをシステムに組み込むときに問題が発生します。

ショーネシー:うん。 いいね。 そうですね、とても面白い仕事をしているようで、楽しんでいるようですね。

ハブ:とても楽しいです。 大好きです。

ショーネシー:話してくれてありがとう。

ハブ:ありがとう、アンディ。

以下の Todd Hubing のプレゼンテーション「EMC コンプライアンス障害を引き起こす一般的な PCB レイアウトの間違い」をご覧ください。