| 【発明の名称】 |
ＥＭＩ評価方法及びシステム |
| 【発明者】 |
【氏名】緑川 治
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| 【要約】 |
【課題】電波暗室やオープンサイトでのＥＭＩ測定およびＥＭＩ対策を減少し、高価なＥＭＩ測定設備の使用期間を短縮し、素早いＥＭＩ対策やＥＭＩ対策効果の確認を可能とし機器設計にかかる時間を短縮するＥＭＩ評価方法の提供。
【解決手段】機器設計後の基板の電源・グランド間のノイズスペクトラムを測定し、これを所定の基準レベルと比較してＥＭＩ対策の要否を判定し、ＥＭＩ対策が要の場合には、ＥＭＩ対策を施した後に前記基板の電源・グランド間のノイズスペクトラムを測定してＥＭＩ対策の効果を判断し、再度ＥＭＩ対策の不要と判断された場合に実際のＥＭＩ測定を行う。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】機器の基板について、基板単位で取得した電源・グランド間のノイズスペクトラムを所定の基準レベルと比較してＥＭＩ対策の要否を判定し、ＥＭＩ対策が要の場合、ＥＭＩ対策を施した後に取得した前記基板の電源・グランド間のノイズスペクトラムからＥＭＩ対策の効果を判断し、ＥＭＩ対策が不要と判断された場合に実際のＥＭＩ測定を行う、ことを特徴とするＥＭＩ評価方法。
【請求項２】（ａ）機器の基板の電源とグランド間のノイズスペクトラムを測定する工程、（ｂ）前記工程（ａ）で測定された該ノイズスペクトラムを予め定めた基準値と比較してＥＭＩ対策の要否を判断する工程、（ｃ）ＥＭＩ対策が必要と判断された場合、前記基板の電源、グランド等についてＥＭＩ対策を施した後、再び前記基板の電源とグランド間のノイズスペクトラムを測定する工程、（ｄ）前記工程（ｃ）で測定された該ノイズスペクトラムを基にＥＭＩ対策効果の確認を行う工程、（ｅ）ＥＭＩ対策の効果が得られない場合には、前記工程（ｃ）及び（ｄ）の処理を繰り返す工程、及び、（ｆ）前記工程（ｂ）でＥＭＩ対策不要と判断された場合、もしくは前記工程（ｄ）でＥＭＩ対策効果有りの場合においてＥＭＩ対策不要と判断された場合に、実際のＥＭＩ測定を行う工程、を含むことを特徴とするＥＭＩ評価方法。
【請求項３】（ａ）配置、配線設計された基板データ及び部品データから電源グランド間のノイズスペクトラムのシミュレーションを行うことで、電源とグランド間のノイズスペクトラムを算出する工程、（ｂ）該ノイズスペクトラムを予め定めた基準値と比較してＥＭＩ対策の要否を判断する工程、（ｃ）ＥＭＩ対策が必要な場合、前記基板の電源、グランドのＥＭＩ対策を施した後、上記工程（ａ）と同様にして再び前記基板の電源とグランド間のノイズスペクトラムをシミュレーションにより算出する工程、及び（ｄ）ＥＭＩ対策が不要の場合、基板製造後、実際のＥＭＩ測定を行う工程、を含むことを特徴とするＥＭＩ評価方法。
【請求項４】複数の基板の電源とグランド間のノイズスペクトラムを測定し、該ノイズスペクトラムからＥＭＩの少ない基板を選別し、該選別された基板を機器に用いる、ことを特徴とするＥＭＩ評価方法。
【請求項５】機器の基板について、基板単位で取得した電源・グランド間のノイズスペクトラム測定値を所定の基準レベルと比較してＥＭＩ対策の要否を判定する第一の手段と、ＥＭＩ対策が要の場合に、ＥＭＩ対策を施した後に取得した前記基板の電源・グランド間のノイズスペクトラム測定値からＥＭＩ対策の効果を判断する第２の手段とを備え、前記第１及び第２の手段によって、ＥＭＩ対策が不要と判断された場合に実際のＥＭＩ測定を行う、ことを特徴とするＥＭＩ評価システム。
【請求項６】（ａ）機器の基板の電源とグランド間で測定されたノイズスペクトラムを予め定めた基準値と比較してＥＭＩ対策の要否を判断する処理、（ｂ）ＥＭＩ対策が必要と判断された場合、前記基板の電源、グランド等についてＥＭＩ対策を施した後の前記基板の電源とグランド間で測定されたノイズスペクトラムを基にＥＭＩ対策効果の確認を行う処理、の上記（ａ）、（ｂ）の各処理をＥＭＩ評価システムを構成するコンピュータ上で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項７】配置、配線設計された基板データ及び部品データから電源グランド間のノイズスペクトラムのシミュレーションを行うことで、電源とグランド間のノイズスペクトラムを算出する手段と、該ノイズスペクトラムを予め定めた基準値と比較してＥＭＩ対策の要否を判断する手段と、ＥＭＩ対策が必要な場合、前記基板の電源、グランドのＥＭＩ対策を施された前記基板の電源とグランド間のノイズスペクトラムをシミュレーションにより算出する手段と、を備えたことを特徴とするＥＭＩ評価システム。
【請求項８】（ａ）配置、配線設計された基板データ及び部品データから電源グランド間のノイズスペクトラムのシミュレーションを行うことで、電源とグランド間のノイズスペクトラムを算出する処理、及び、（ｂ）該ノイズスペクトラムを予め定めた基準値と比較してＥＭＩ対策の要否を判断する処理、（ｃ）ＥＭＩ対策が必要な場合、前記基板の電源、グランドのＥＭＩ対策を施された前記基板の電源とグランド間のノイズスペクトラムをシミュレーションにより算出する処理、の上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各処理をＥＭＩ評価システムを構成するコンピュータ上で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＥＭＩ評価方法及びシステムに関し、特に、コストや時間のかかる電波暗室、オープンサイトでの測定回数を低減するＥＭＩ（electromagnetic interference）評価方法及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、従来のＥＭＩ評価及び対策の工程を説明するための流れ図である。図７に示すように、機器設計４０１および機器製造４０２の後、電波暗室やオープンサイトでＥＭＩ測定４０３を行い、ＥＭＩ測定４０３の結果を基にＥＭＩ対策の要否判断４０４をし、規格を満足しない場合、この段階で初めてＥＭＩ対策４０６を行う。そして規格を満足するまでＥＭＩ測定４０３からＥＭＩ対策４０６までの評価を繰り返し、最終的に製品の出荷４０５をしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従来のＥＭＩ評価、対策方法は次の様な問題点を有している。
【０００４】第１の問題点は、電波暗室やオープンサイトなどのＥＭＩ測定設備の使用期間が長くなり、評価にかかる費用が増大し、結果として、機器のコストアップにつながる、ということである。
【０００５】その理由は、ＥＭＩ測定とＥＭＩ対策を繰り返すため、ＥＭＩ対策を行っている期間、高価な測定設備である電波暗室やオープンサイトを確保、占有しなければならないためである。
【０００６】第２の問題点は、評価期間が長くなり、製品の出荷までのリードタイム、評価費用が増大する、ということである。
【０００７】その理由は、電波暗室やオープンサイトの測定では、１回のＥＭＩ測定に、通常、十数分〜数時間かかるため、対策にかかる時間に比べ、測定時間が非常に長くなるためである。
【０００８】第３の問題点は、従来のＥＭＩ評価方法では、ＥＭＩを多く発生している部分の特定が難しく、このため、効率的なＥＭＩ対策を行えない、ということである。
【０００９】その理由は、従来のＥＭＩ評価は機器全体からのＥＭＩを測定するものであり、基板毎のＥＭＩを測定することが出来ない、ためである。
【００１０】したがって、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、電波暗室やオープンサイトでのＥＭＩ測定およびＥＭＩ対策を減少し、高価なＥＭＩ測定設備の使用期間を短縮するとともに、すばやいＥＭＩ対策やＥＭＩ対策効果の確認を可能とし、機器設計にかかる時間を短縮可能とするＥＭＩ評価方法及びシステムを提供することにある。
【００１１】また本発明の他の目的は、基板毎のＥＭＩを測定可能とするＥＭＩ評価方法及びシステムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明は、機器の基板の、基板単位で取得した電源・グランド間のノイズスペクトラムを所定の基準レベルと比較してＥＭＩ対策の要否を判定し、ＥＭＩ対策が要の場合、ＥＭＩ対策を施した後に取得した前記基板の電源・グランド間のノイズスペクトラムからＥＭＩ対策の効果を判断し、ＥＭＩ対策の不要と判断された場合に実際のＥＭＩ測定を行う、ことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】まず本発明の原理について説明する。基板の電源グランド層間のノイズスペクトラムとＥＭＩの間に相関があることが実験から分かった。
【００１４】本発明は、これを利用して基板の電源グランド層間のノイズスペクトラムからＥＭＩの予測を行い、ＥＭＩ対策の要否を判断することにより、コストや時間のかかる電波暗室、オープンサイトでの測定回数を低減するようにしたものである。
【００１５】本発明のＥＭＩ評価方法は、その好ましい実施の形態において、（ａ）機器の基板の電源とグランド間のノイズスペクトラムを測定し、（ｂ）該ノイズスペクトラムを予め定めた基準値と比較してＥＭＩ対策の要否を判断し、（ｃ） ＥＭＩ対策が必要と判断された場合、前記基板の電源、グランドのＥＭＩ対策を施した後、再び前記基板の電源とグランド間のノイズスペクトラムを測定し、（ｄ）該測定されたノイズスペクトラムを基にＥＭＩ対策効果を確認し、（ｅ）ＥＭＩ対策の効果が得られない場合には、前記工程（ｃ）、及び（ｄ）の処理を繰り返し、（ｆ）前記工程（ｂ）でＥＭＩ対策不要と判断された場合、及び前記工程（ｄ）でＥＭＩ対策効果有りと確認された場合においてＥＭＩ対策不要と判断された場合に、実際のＥＭＩ測定を行う、ようにしたものである。
【００１６】本発明の実施の形態において、機器設計（図１の１）の後、製造後の基板の第１の電源グランド層間のノイズスペクトラムの測定を行い（図１の２）、その電圧レベルからＥＭＩ対策の要否の判断をする（図１の３）。
【００１７】ＥＭＩ対策が必要な場合、電源グランドに対するＥＭＩ対策（図１の６）の後、第２の電源グランド層間のノイズスペクトラムの測定を行い（図１の７）、その測定結果から対策効果の確認し（図１の８）、再度ＥＭＩ対策の要否の判断を行う（図１の３）。
【００１８】このように、電波暗室、オープンサイトでのＥＭＩ測定を開始する前に、ＥＭＩ対策や対策の効果の確認が行え、電波暗室、オープンサイトでのＥＭＩ測定の回数を低減できる。
【００１９】本発明のＥＭＩ評価システム（装置）は、ＥＭＩ評価の自動化を図るものであり、機器の基板について、基板単位で取得した電源・グランド間のノイズスペクトラムを所定の基準レベルと比較してＥＭＩ対策の要否を判定する第一の手段と、ＥＭＩ対策が要の場合に、ＥＭＩ対策を施した後に取得した前記基板の電源・グランド間のノイズスペクトラムからＥＭＩ対策の効果を判断する第２の手段とを備え、ＥＭＩ対策が不要と判断された場合に実際のＥＭＩ測定を行う。これらの第１、第２の手段はコンピュータ上のプログラムにおいて実施することができる。さらに、ノイズスペクトラム測定するスペクトラムアナライザ等から得られたデータは該コンピュータに計測用バス、ＲＳ２３２Ｃ、等で転送され、ＥＭＩ評価の自動化がなされる。
【００２０】
【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例について図面を参照して以下に説明する。
【００２１】図１は、本発明の一実施例を説明するための図である。図１を参照すると、第１の電源グランド層間ノイズスペクトラム測定２は機器設計１の後、スペクトラムアナライザ２１と高周波プローブ２２を用いて製造後の基板２３の板端の電源グランド層間のノイズ電圧のスペクトラム測定を行う。
【００２２】ＥＭＩ対策の要否判断３は、第１の電源グランド層間ノイズスペクトラム測定２の結果を基に、ノイズの電圧レベルがある一定基準を超えている場合には電源グランドに対するＥＭＩ対策が必要であるものと判断し、電源グランドに対するＥＭＩ対策６を行い、一定基準を超えていない場合には電源グランドに対するＥＭＩ対策は不要と判断し、電波暗室やオープンサイトでのＥＭＩ測定４を行う。
【００２３】ＥＭＩ対策６では、グランド強化やパスコン配置方法の見直し等の電源グランドに対するＥＭＩ対策を施す。
【００２４】第２の電源グランド層間ノイズスペクトラム測定７では、電源グランドに対するＥＭＩ対策６の後、スペクトラムアナライザ２１と高周波プローブ２２を用いてＥＭＩ対策後の基板７３の板端の電源グランド層間のノイズ電圧のスペクトラム測定を行う。
【００２５】対策効果の確認８は、ＥＭＩ対策前の電源グランド層間ノイズスペクトラムとＥＭＩ対策後の電源グランド層間ノイズスペクトラムの比較を行い、ＥＭＩ対策後の電源グランド層間ノイズスペクトラムが大きい場合には電源グランドに対するＥＭＩ対策に効果が無いものと判断し、再度、電源グランドに対するＥＭＩ対策６を行い、ＥＭＩ対策後の電源グランド層間ノイズスペクトラムが小さい場合にはＥＭＩ対策に効果が有るものと判断し、ＥＭＩ対策の要否判断３を行う。
【００２６】図２は、本発明の一実施例において、電源グランド層間ノイズスペクトラム測定を行うための測定系の一例を説明するための図である。図２を参照すると、高周波プローブ２２をスペクトラムアナライザ２１に接続し、機器設計１終了後の基板２３またはＥＭＩ対策後の基板７３の板端の電源層から引き出した測定端子２４とグランド層から引き出した測定端子２５に高周波プローブ２２を当て、高周波プローブ２２の出力をスペクトラムアナライザ２１に入力し電源グランド層間ノイズスペクトラム測定を行う。
【００２７】図３は、電源グランドに対するＥＭＩ対策前後のＥＭＩと電源グランド層間のノイズスペクトラムの測定結果の一例を示したものである。図３（ａ）のＥＭＩ１０１は、図３（ｂ）のＥＭＩ１０３よりも大きい。この時、図３（ａ）の電源グランド層間のノイズスペクトラム１０２も、図３（ｂ）の電源グランド層間のノイズスペクトラム１０４よりもノイズレベルが大きくなっており、ＥＭＩと電源グランド層間のノイズスペクトラムの間には相関がある。
【００２８】この相関を利用すると、図３（ａ）に示すように、電源グランド層間のノイズスペクトラムが大きい場合にはＥＭＩが大きく、電源グランドに対するＥＭＩ対策が必要であることが分かる。
【００２９】具体的には、過去に設計、製造を行った基板やＥＭＩ基準作成用の評価基板に対して、電源グランド層間のノイズスペクトラム、ＥＭＩの測定を行い、ＥＭＩがＶＣＣＩやＦＣＣ等の規格を満足する電源グランド層間のノイズスペクトラムレベルを求め、ＥＭＩ判断基準とする。そして、電源グランド層間のノイズスペクトラムが前記基準を超えている場合、電源グランドに対してＥＭＩ対策が十分では無く、電源グランドに対するＥＭＩ対策の追加が必要だと判断する。
【００３０】図４は、ＥＭＩと電源グランド層間のノイズスペクトラムの関係の測定結果の一例を示す図である。ＥＭＩ対策を行い電源グランド層間のノイズスペクトラム１０６、１０８が減少すれば、ＥＭＩ１０５、１０７も同様に減少する。また、逆に電源グランド層間のノイズスペクトラム１０６、１０８が増加すれば、ＥＭＩ１０５、１０７も同様に増加する。このことを利用して、電源グランド層間ノイズスペクトラムを比較し、図１におけるＥＭＩ対策効果の確認８を行う。
【００３１】次に本実施例における評価方法について説明する。
【００３２】図１及び図２を参照すると、機器設計１の後、スペクトラムアナライザ２１と接続した高周波プロープ２２を製造後の基板２３の電源層から引き出した測定端子２４とグランド層から引き出した測定端子２５に当て、基板２３に対して第１の電源グランド層間のノイズスペクトラム測定２を行う。
【００３３】図３を参照すると、電源グランド層間のノイズスペクトラムが大きい場合にはＥＭＩも大きく、電源グランドに対するＥＭＩ対策が必要であると考えられるので、第１の電源グランド層間のノイズスペクトラム測定２の結果を用いてＥＭＩ対策の要否判断３を行う。
【００３４】ＥＭＩ対策の要否判断３では、過去に設計、製造を行った基板やＥＭＩ基準作成用の評価基板に対して、電源グランド層間のノイズスペクトラム、ＥＭＩの測定を行い、ＥＭＩがＶＣＣＩやＦＣＣ等の規格を満足する電源グランド層間のノイズスペクトラムレベルを求め、ＥＭＩ判断基準とし、この判断基準と電源グランド層間のノイズスペクトラム２の比較を行い、ＥＭＩ対策の要否を判断する。
【００３５】例として過去に設計、製造を行った基板やＥＭＩ基準作成用の評価基板等の測定から求めたＥＭＩ対策の要否判断３の判断基準を６０ｄＢμＶと仮定した場合、第１の電源グランド層間のノイズスペクトラム測定２の測定結果においてノイズ電圧のピークが６０ｄＢμＶ以下ならば、製造された基板２３は電源グランドに対するＥＭＩ対策が不要と判断し、電波暗室またはオープンサイトでのＥＭＩ測定４を行い、規格を満足していれば出荷５を行うが、第１の電源グランド層間のノイズスペクトラム測定２の測定結果においてノイズ電圧のピークが６０ｄＢμＶ以上ならば、基板２３は電源グランドに対するＥＭＩ対策が必要と判断し、電源グランドに対してグランド強化やパスコン配置方法の見直し等のＥＭＩ対策６を行う。
【００３６】電源グランドに対してＥＭＩ対策６を行った後、スペクトラムアナライザ２１と高周波プロープ２２を用いてＥＭＩ対策後の基板７３に対して第２の電源グランド層間のノイズスペクトラム測定７を行う。
【００３７】その後、第１の電源グランド層間のノイズスペクトラム測定２と第２の電源グランド層間のノイズスペクトラム測定７のノイズレベルの比較を行う。
【００３８】図４を参照すると、電源グランド層間のノイズスペクトラムが減少していれば、ＥＭＩも減少しているものと考えられるので、比較の結果、第２の電源グランド層間のノイズスペクトラム測定７の方がノイズ電圧が低ければ、電源グランドに対するＥＭＩ対策の効果が有ると判断する。逆に、第２の電源グランド層間のノイズスペクトラム測定７の方がノイズ電圧が大きければ、ＥＭＩは増加していると考えられるので、電源グランドに対するＥＭＩ対策の効果が無いと判断でき、電源グランドに対するＥＭＩ対策６から対策効果の比較８までの手順を繰り返す。
【００３９】ＥＭＩ対策の効果の比較８の結果、ＥＭＩ対策の効果があった場合、再度ＥＭＩ対策の要否判断３を行い電源グランド層間のノイズスペクトラムが判断基準より小さくなった場合には電波暗室やオープンサイトでのＥＭＩ測定４を行う一方、電源グランド層間のノイズスペクトラムが判断基準より大きい場合には、まだＥＭＩ対策が十分でないため、ＥＭＩ対策の要否判断３から対策効果の比較８の手順を繰り返す。
【００４０】次に、本発明の別の実施例について図面を参照して詳細に説明する。図５は、本発明の第二の実施例を説明するための図である。
【００４１】図５を参照すると、本実施例において、回路設計２０１および配置、配線設計２０２が終了した後、電源グランド層間のノイズスペクトラムのシミュレーション２０３を行う。
【００４２】電源グランド層間のノイズスペクトラムのシミュレーション２０３を詳細に説明すると、まず、設計後、基板のデータの抽出処理２３１を行い、これにシミュレーション用の部品データ２３２を追加し、電源グランド層間のノイズのシミュレーション２３３を行う。
【００４３】そして得られたノイズシミュレーション結果に対し、フーリエ変換（ＦＦＴ）等を用いてスペクトラム変換２３４を行うことにより、電源グランド層間のノイズスペクトラムを得る。
【００４４】得られた電源グランド層間のノイズスペクトラムを用いてＥＭＩ対策の要否判断２０４を行い、電源グランドに対するＥＭＩ対策が必要と判断した場合、回路、配置、配線の見直しやＥＭＩ対策回路の追加２０８を行って、回路設計２０１、配置、配線設計２０２にフィードバックする。
【００４５】ＥＭＩ対策の要否判断２０４の結果、電源グランドに対するＥＭＩ対策が不要と判断した場合、基板製造２０５、ＥＭＩ測定２０６を行い、製品の出荷２０７をする。
【００４６】本実施例は、基板製造２０５の前に、言い換えれば機器設計１の段階で、ＥＭＩ対策の要否判断２０４を行うことができ、設計段階で、基板のＥＭＩ性能を保証することができるため、基板製造後のＥＭＩ対策による基板製造のやり直しを無くすことができ、基板製造のやり直しによる製造コスト、ＥＭＩ評価期間の低減ができるという利点を有する。
【００４７】また、本発明の第３の実施例について図面を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施例を説明するための図である。
【００４８】図６を参照すると、複数の同一基板３０１に対し、それぞれ電源グランド層間ノイズスペクトラム測定３０２を行い、測定結果においてノイズ電圧のピークが６０ｄＢμＶ以上ならば、ＥＭＩの大きい基板、ノイズ電圧のピークが６０ｄＢμＶ以下ならば、ＥＭＩの小さい基板というように、一定基準で選別することにより、ＥＭＩの少ない基板の選別３０３を行い、選別された基板を電子機器３０４に使用する。この選別基準も、上記実施例で説明した方法を用いて決定する。
【００４９】本実施例は、複数の同一基板の電源グランド層間のノイズスペクトラムを測定し、選別することにより、部品のばらつきや基板製造上のばらつきによって生ずるＥＭＩの大きい基板を取り除くことができるという効果を有する。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下記記載の効果を奏する。
【００５１】本発明の第１の効果は、電波暗室やオープンサイトでのＥＭＩ測定およびＥＭＩ対策が減少し、高価なＥＭＩ測定設備の使用期間を短縮することができる、ということである。
【００５２】その理由は、本発明においては、電波暗室やオープンサイトでのＥＭＩ測定の前に基板の電源グランド層間のノイズスペクトラムを測定することで、ＥＭＩ発生量の予測およびＥＭＩ対策を行い、基板の電源グランドからのＥＭＩ放射量を保証するようにしたことによる。
【００５３】本発明の第２の効果は、ＥＭＩ対策の要否やＥＭＩ対策効果の確認を早期且つ迅速に行うことができ、機器設計にかかる時間を短縮できるということである。
【００５４】その理由は、本発明においては、ＥＭＩ発生量を予測する方法が電源グランド層間のノイズスペクトラムを測定するだけであるため、１回の測定は数秒で終わり、簡便であることによる。
【００５５】本発明の第３の効果は、電源グランド層間のノイズスペクトラムの測定を基板単位で行うことにより、複数の基板が搭載されている機器においてＥＭＩを多く発生している基板の特定が容易になる、ということである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２３７
【氏名又は名称】日本電気株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月１９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 朝道
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１８３５３８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３６５１０４ |
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