IEC電磁場解析関連規格

IEC 61000シリーズがEMC（電磁両立性）試験の基準を定めているんだが、この試験をシミュレーションでバーチャルに再現して、試作前にPass/Failを予測するのがCAEの役割だ。

大きく6つのパートに分かれている：

CISPRはIECの特別委員会で、放射エミッション（機器が出すノイズ）の測定方法と限度値を定めている。有名なのはCISPR 32（マルチメディア機器のエミッション）とCISPR 35（マルチメディア機器のイミュニティ）だ。例えばノートPCが30MHz～1GHzの帯域でどれだけ電磁波を放射するか、10mの距離で測定して限度値以下か確認する。

できる。CSTやAnsys HFSSのような3D電磁場解析ソフトで、基板パターン・ケーブル・筐体をモデル化して、遠方界（Far Field）の放射パターンを計算する。FDTD法やFEM、MoM（モーメント法）が使われる。ただし、実測との相関を取るにはケーブルハーネスの配線経路や筐体のスリット・開口部を正確にモデル化する必要があって、ここが実務の肝だ。

そうだ。IEC 62368-1はオーディオ・ビデオ・情報通信機器の安全規格で、旧IEC 60950（IT機器）とIEC 60065（AV機器）を統合したもの。「ハザードベースアプローチ」を採用していて、エネルギー源（電気・熱・機械・放射）のハザードレベルに応じた防護手段（セーフガード）を求める。

使える。例えば電源回路の異常時（短絡・過負荷）に筐体がどこまで温度上昇するかを熱解析で予測したり、絶縁距離（沿面距離・空間距離）が十分か電界解析で確認したりする。特に高電圧回路のアーク発生リスク評価は、プロトタイプ試験だと危険を伴うから、シミュレーションの価値が高い。

代表的なのは3つだ：

現時点では、IECの正式な認証にシミュレーション結果だけでPassとは認められない。最終的には実測が必要だ。ただし設計段階でシミュレーションで問題を洗い出すことで、実測での一発合格率を大幅に上げるのが狙い。EMC試験の再試験は1回あたり100万～300万円かかるから、試作前にバーチャルで対策を打つ価値は大きい。

IEC 61000-4-2で規定されたESD放電波形——立ち上がり時間0.7～1ns、ピーク電流は接触放電8kVで約30A——を電流源としてモデルに印加する。筐体のスリットや基板のGNDパターンを通って、ICのピンにどれだけ電流が流れ込むかを過渡電磁場解析で計算する。

いい着眼点だ。1nsの立ち上がりは周波数換算で約300MHz～1GHz相当だから、波長 $\lambda = c/f$ で考えると30cm～1mオーダー。メッシュサイズは波長の1/10以下、つまり数cm～数mmが必要になる。筐体全体をこのメッシュで切ると要素数が膨大になるから、ESD注入点周辺だけ細かくする局所細分化が実務では必須だ。

一番多いのは「ケーブルを省略する」こと。基板単体のシミュレーションで「OK」と判断しても、実際に電源ケーブルやUSBケーブルを接続するとアンテナとして機能してエミッションが跳ね上がることがよくある。もう一つは材料定数。基板のFR-4の誘電率は4.3～4.7くらいだが、周波数依存性があり、GHz帯では誘電正接（tanδ）の影響も大きい。

大変だけど、最近はマルチコンダクタ伝送線路モデル（MTL）を使ってケーブルを1Dモデルで表現し、3Dの筐体モデルとハイブリッドで解く手法が主流になっている。CSTのCable Studio、HFSSのQ3D Extractorなどがその機能を提供している。全てを3Dでモデル化するよりも計算コストを1/10以下に抑えられる。