ノイズ対策とは何か?知っておきたい基礎知識

現代社会は様々なことが電子制御によって行われています。この制御は、電気的なノイズにより影響を受けることがあります。そのために精密な制御を行うためには、十分なノイズ対策が必要になります。
現在、電子制御により様々な機器が複雑に制御されています。その際、多くの部品として用いられるものに半導体がありますが、この半導体は大変微細な電位変化を利用した制御を行いますので、これらに大きな電子ノイズなどがかかってくると誤動作する可能性が出てきます。したがって、適正な制御を行うためには外部からのノイズ対策を行う必要があります。

ノイズ対策とは

ノイズ

現代社会においては、様々な機器が複雑に制御されるという側面を持っています。そのために主に利用されるのが電子回路になりますが、その中でも最も利用されているのは半導体製品となります。

この半導体製品については、電子機器を小型にするために高度に集積化する必要があるため、大変細い配線を多数使用されることになってきています。各配線の間隔は極めて狭いものとなっており、ミクロン単位での配置が必要なものとなってきました。この様に各配線の間隔が大変小さいということから、お互いの電子的な状況が影響を与えあう可能性が高くなるということになり、またこの状況が外部の電気ノイズなどによって大きな影響を受けるという事にもなってきます。

さらに現代の半導体製品は、動作周波数がGHzにも及ぶ高速になるということもあり、半導体にかけられる動作パルスの時間的間隔も極めて狭くなっています、このようなことからも、外部から様々な電気的ノイズが侵入すると、動作に大きな影響を与え誤動作をしやすくなってしまいます。

このような誤動作を防ぐためには、外部の電気的ノイズの影響が内部に及ばないような対策を行うことが必要となってくるわけです。そのような意味で、現代の電子回路におけるノイズ対策というのは大変重要なものです。

ノイズ対策が必要な理由

ノイズ

先ほども述べたように、現代の様々な精密機器の制御を行うために駆動される電子回路においては、高集積化と高速化ということが行われています。またさらに、これらの回路に流れる電気的信号の電圧については、回路内に流れる電気的制限からあまり高いものではないために、外部から高い電圧の刺激が加わると動作異常を起こしてしまうことがあります。

電子回路が現代ほどを高集積化せず、また高速化もしない状態で高い電圧で動作されるのであれば、多少の外部的な刺激は影響を与えないのですが、電子デバイスなどの小型化あるいは携帯可能とするというデマンドがあるために低電力で駆動するということが必要になります。この様な理由で、大電力が必要となる高電圧回路というのは実用的ではありません。

このことのために電子デバイスの中においては、微弱な高周波の電気信号が流れることになるわけです。したがって、外から強い刺激が加わるとたちまちこのような信号系は誤動作をしてしまい、精密な回路制御などが難しい状況となってしまいます。そのような意味で、外部からの電気的ノイズを防ぐということは大変重要なことであり、そのやり方についてもモバイルデバイスなどを想定し小型で十分効果があるものにする必要があります。相反する要求を満たす技術が必要になってくるところが難しいところです。

ノイズ対策の現状について

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ここまで述べたように、現代社会における電子機器は小型で持ち運べるということが主な用途のものが大多数となっています。このことが更にノイズ対策を難しくしてきます。スマートフォンなどを見れば分かるように、誰もが気軽に持ち運べるようにするためには、軽くて持ち運びやすいということが必要になってくるからです。そのためスマートフォンでは、筐体に軽い材質であるプラスチックなどの多く用います。このプラスチックを使うということが、電気的ノイズを装置内に出させてしまうということの一つの原因ともなってきます。

このような不利な条件の中で、現代社会に要求されるモバイル機器などへの要求から、極めて細い間隔の配線に非常に弱い高周波の電気信号を流せばならないという状況が生じてきているわけです。そのために各部品における電気的遮蔽については、使用状況を十分に考慮した対策が必要となってきます。

このような事からノイズ対策としては、外部からの電気的ノイズが侵入にくいハウジングや電子回路レイアウトなどを行う事や個別にノイズに対する対策を行った部品を使うなどの対策がとられています。これらの実現のためには、十分な使用状況の把握と精密な部品の品質管理が必要となってきます。この様に極めて高度な技術が必要となります。

ノイズ対策部品の必要性とは

ノイズ

モバイルデバイスのように、現代社会においては様々な機器を小型化し、持ち運びしやすくするということが大変大きなミッションとなっています。このようなことから、電子機器の小型化や軽量化というものが重要な意味合いを持つ事になってきました。

しかしこのような要求は、電気ノイズ対策としては大変不利な状況になることを引き起こします。これらの条件は、何も対策をしないままでは外部のノイズなどの影響を大きく受けやすくなる事を引き起こすからです。十分な大きさなどが利用できる場合には、電子機器全体を金属性の箱などで覆い静電シールドするということができるのですが、先ほどの小型化や可搬性を高めるという要求から、そのような環境は採用できません。

このような状況から回路内で用いられる部品について、個別にノイズ対策を行うことが必要となってくるわけです。回路の動作という観点からは、これらの個別対策を行うということは有利になることはありません。しかし、モバイルデバイスなどの利用状況などを考えた要求を満たすためには、ノイズ対策部品の使用というものを行わなければならないような状況になっています。小型化や可搬性とノイズ対策という両方の相反する要求から、電子回路のレイアウトにおける工夫とともに、ノイズ対策部品の使用ということが行われるようになってきたわけです。

ノイズ対策部品の使用方法について

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電子機器の小型化と可搬性を高めるという要求と外部ノイズに対して影響を受けないという相反する状況を実現するという観点から、ノイズ対策部品が使用されることになってきています。このノイズ対策部品については、様々な材料の特性を活用して効果的に行い実現されてきます。それぞれの部品の利用に関しては、いくつかのカテゴリーに分けて行われています。

1つの利用法としては、ノイズなどの高周波が入った側へ戻す反射材を利用する方法です。その際、必要な電気信号については回路内部に通す必要がありますので、両者の特性の違いを利用することになります。また電気ノイズのエネルギーを吸収し、熱エネルギーに変換させるという方法もとられます。電気ノイズを熱エネルギーに変えてしまい、電子回路に影響を与えないようにしようというものです。電気ノイズなどをバイパスして回路に入れず、グランドに落としてしまうというような対策もとられます。これにより電気ノイズは回路内に侵入することなく、グランドへと通されることになります。更に、シールド効果のある材料を使い、電気的ノイズを遮蔽するという方法もとられます。

このように、さまざまな材料のそれぞれの優れた特性を利用した部品を使用することによって、ノイズ対策がとられることになっています。私たちが日ごろ使っているモバイルデバイスは大変便利なものなのですが、モバイルデバイスに要求される小型化や可搬性の向上という状況実現と、安定的な電子回路の制御が行うという相反する状況を満足する対策を行うためにノイズ対策を施した電子部品が利用されています。