放射ノイズの真犯人「コモン・モード電流」

コモン・モードが放つ電磁波は桁違い

ノーマル・モードは対策しようがない


図1　帰路がないコモン・モード電流は空間を伝わって戻るため，大きな電磁波を発生させる．またノーマル・モード電流の10$^8$倍もの強さでノイズを引き起こす．［著・提供］池田浩昭．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．詳細は［VOD/Book/data］ AI×電磁界シミュレータによる高速&RF回路基板スピード設計

図1　帰路がないコモン・モード電流は空間を伝わって戻るため，大きな電磁波を発生させる．またノーマル・モード電流の10$^8$倍もの強さでノイズを引き起こす．［著・提供］池田浩昭．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．詳細は［VOD/Book/data］ AI×電磁界シミュレータによる高速&RF回路基板スピード設計

電子機器の設計において，放射ノイズは大きな問題です．特に，高速回路やRF回路基板では，ノイズが外部に放射されることで，ほかの電子機器に干渉を引き起こす可能性があります．

放射ノイズは，主に交流電流によって発生します．交流電流は変動する磁界を生み，さらにその磁界が変動することで電界を誘発します．このサイクルによって，電磁波が放射されるのです．

放射ノイズの原因は，主にノーマル・モード電流とコモン・モード電流に分けられます．

ノーマル・モード電流は信号線と帰路の間で循環する電流です．この電流は回路内でループを形成し，ある程度打ち消し合うため，放射ノイズは比較的小さいです．しかし，コモン・モード電流は違います．コモン・モード電流は帰路が存在しないため，空間を伝わって戻る必要があり，これにより大きな電磁波が発生します．

コモン・モード電流はノーマル・モード電流の10$^8$倍もの強さでノイズを引き起こすことがあり，この差は非常に顕著です．特に回路や基板の設計が不十分な場合，コモン・モード電流は増幅され，大きな放射ノイズを発生させます．

コモン・モード電流を減らすためには，設計段階でいくつかの対策が可能です．

例えば，シールドやフィルタを適切に配置することで，コモン・モード電流が基板外に漏れるのを防ぐことができます．また，特性インピーダンスの整合性を保つことや，共振を防ぐ設計も重要です．これにより，コモン・モード電流によるノイズを抑制し，電子機器のパフォーマンスを向上させることができます．

コモン・モード電流とは，信号配線やグラウンドといった帰路が存在せず，空間を通じて流れる電流のことを指します．これは，特に高速ディジタル回路やRF回路で問題となる現象です．

コモン・モード電流はノーマル・モード電流と異なり，放射ノイズが非常に大きくなる原因になります．これが発生すると，回路全体に大きな影響を与え，ほかの電子機器に悪影響を及ぼす可能性があります．

コモン・モード電流は，電子機器からの放射ノイズの主要な原因の1つです．

通常，配線や基板上の電流は，帰路電流と打ち消し合うことで外部に放射されるノイズが抑えられます．しかし，コモン・モード電流は，配線上に同方向に流れるため，打ち消し合うことなく外部に大きなノイズとして放射されます．このノイズは，ノーマル・モード電流よりも遥かに大きくなることがあります．

また，コモン・モード電流が引き起こすノイズは，周波数が上がるほど増加します．これは，電流が配線のインピーダンスに依存するためです．インピーダンスの不整合がある箇所では，共振が発生し，さらに大きな放射ノイズが生じる可能性があります．

コモン・モード電流によるノイズを低減するためには，いくつかの対策が有効です．

まず，配線や基板の設計段階でシールドを施すことが推奨されます．シールドは，コモン・モード電流が外部に放射されるのを防ぎます．また，フィルタの使用や，特性インピーダンスを正確に設計することも重要です．これにより，共振やインピーダンスの不整合を避け，ノイズの発生を最小限に抑えることができます．

コモン・モード電流は電子機器の設計において非常に重要な課題です．適切な対策を講じることで，ノイズの発生を抑え，電子機器の信頼性と性能を向上させることが可能です．〈著：ZEPマガジン〉

1994年　東京農工大電気電子工学科卒
1994年　日本航空電子工業株式会社入社．プリント基板設計，シグナル・インティグリティのシミュレーション業務に従事後，USB-IF，PCI-SIG，VESAなどでコネクタの高速伝送規格化活動に携わりながら，ノイズ対策業務を行っている．iNARTE認定EMCエンジニア，EMCマスタ・デザイン・エンジニア