電子機器・電子回路技術者のためのノイズ対策の基礎と実践的対策への応用およびそのポイント

はじめに

電子機器や電子回路を扱う技術者にとって、ノイズ対策は避けて通れない重要課題です。
ノイズは、製品の性能や信頼性を大きく損なう要因となり得るため、適切な対策を施すことが必須となります。
この記事では、ノイズ対策の基礎と実践的な応用方法について詳しく解説し、それぞれのポイントに焦点を当てていきます。

ノイズとは何か?

ノイズとは、電子機器や回路が本来の機能を果たす際に干渉をもたらす不要な信号や電磁波を指します。
これには、自然発生するものから、人工的に生成されるものまで様々です。
ノイズは信号処理を乱し、データの誤りを引き起こすことがあります。

ノイズの種類

1. **伝導ノイズ**: 電線や接続部品を通じて伝わるノイズ。
2. **放射ノイズ**: 空間を介して伝わるノイズ。
3. **静電気放電 (ESD)**: 突発的な電流の流れによるノイズ。
4. **電磁干渉 (EMI)**: 他の電子機器から発生するノイズ。

ノイズ対策の基礎

ノイズ対策は、製品設計の初期段階から考慮するのが理想的です。
基礎的な対策にはいくつかの方法があります。

シールド

シールドは、ノイズを遮断するための方法です。
金属製の箱やシールドケーブルを使用して、ノイズの発生源と影響を受ける部分を隔離します。

フィルタリング

フィルタは、不必要な周波数帯域の信号を除去するために使用されます。
低通フィルタ、高通フィルタ、バンドパスフィルタなどがあり、回路やシステムの要求に応じて選択されます。

グラウンディング

適切なグラウンディングは、ノイズを効果的に消散させる役割を果たします。
グラウンディングの設計は、電流が最短距離で地面に流れるようにし、ノイズの回り込みを防ぎます。

実践的なノイズ対策の応用

基礎を理解した後で、実際の設計や製造の現場で適用するための対策について見ていきましょう。

プリント基板 (PCB) 設計におけるノイズ対策

1. **レイアウトの工夫**: PCB上の信号線の配置を工夫し、ノイズの発生を抑えます。
信号線の交差や近接を避けることで、予期しないカップリングを防止できます。
2. **パワーとグラウンドプレーン**: 多層基板を使用する場合、パワーとグラウンドプレーン間の距離を最小化することで、ノイズを低減します。
3. **シグナルリターンパスの確保**: 信号が元の場所に戻るための経路を確保し、ノイズの影響を最小限にします。

EMI/ESDに対する対策

1. **シールドケースの使用**: 電子機器全体をシールドケースで囲むことで、外部からのノイズを遮断します。
2. **ESDプロテクションデバイスの使用**: 特に入力端子付近にESDプロテクションデバイスを配置し、静電気放電による破損を防ぎます。
3. **適切なESDテストの実施**: 製品設計段階からESDテストを実施し、問題を早期に発見・対策します。