ロームのEMC測定サイト

新幹線・新横浜駅から正面に見えるローム横浜テクノロジーセンター。ガラス面を多く用いた開放的なビルの1階フロアーを進んだ先の扉を開けると、独立した別施設であるかのようなエントランスがひらけ、廊下の先にいくつかの部屋が配されていることがわかります。
日々、社内の電子デバイス設計者をはじめ、取引先のお客さまも含めた多くの技術者たちが訪れるこの施設が、ロームの電子デバイス開発をサポートする「EMC測定サイト」です。

EMC測定サイトとは、多種多様な電気・電子機器や無線機器・情報通信システムなどから放射される電磁ノイズの影響を測定・試験するための施設で、日本品質保証機構（JQA）が運営する公的認定試験所のほか、大手電気メーカーや専門会社が持つ試験所が全国に点在しています。しかし、ひとつの半導体メーカーが自らの試験施設を設け、なおかつ継続的に運用している例は、日本国内では珍しいケースであるとのこと。

増加するノイズ源 / それに伴う開発工数

外部からの電磁波の影響を受けず、また同時に外部に電磁波を漏らさないように設計・施工された「電波暗室」を2部屋設けたローム独自の施設が作られたのは2009年のこと。
その立ち上がりの経緯を、当時からサイトメンバーとして従事する小川氏に聞いてみました。

さまざまな電機・電子メーカーの開発部署にとって大きな不安定要素として影を落とし始めたノイズ問題。その背景には、「ノイズ問題が発覚するタイミング」があったといいます。

工数の増加、スケジュールの圧迫といった事態を回避するためにも、開発途中の早い段階において、精度の高いEMC測定を行う必要性が急速に高まってきたといえるでしょう。

2つのEMC対策と測定サポート

また、車載電波暗室では、車に実装した配置や距離をワイヤハーネスとともに再現することで、ノイズの計測も実施。多角的な手法を用いながら、実装時環境を想定した精度の高い測定結果を実現しています。

LSI設計者と社内EMC測定サイトのエンジニアが一体となってひとつの課題に向き合うことで、より最短距離で求めていた結果に到達できるという「社内のEMC測定サイト」ならではの好循環が生まれているとのこと。
それでは、二人三脚の体勢から誕生した「超高EMI耐量オペアンプ」が製品化されるまでの経緯を、設計開発エンジニアの視点から具体的に語ってもらいましょう。

完全ノイズレスを追求した車載オペアンプ

近年の車は、幾つものECUによって温度や圧力や明るさといった環境変化をセンサで検知して制御しています。さらに自動運転やモバイル通信なども加わって、ありとあらゆるの電子部品が、小型化・高密度化されて搭載されているため、車内の電波環境・ノイズ環境は相当に厳しい状況だといわれています。

その条件下で「ノイズを受けても誤動作しない」オペアンプの製品開発に携わった槇本氏のチャレンジは、相当に果敢なものであったといえるかもしれません。

超高EMI耐量オペアンプの開発時に実施した試験内容。あらゆるノイズに対応できる製品の力強いバックボーンとなった。

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この一連の試験を実際に行った担当者である技術員の黒川氏は、LSI設計者：槇本氏とのやりとりを、次のように振り返ってくれました。

もちろん、回路やレイアウト、素子サイズなどを徹底的に見直したからこそ実現できた結果でしたが、槇本氏か或いはEMC測定サイトメンバーの「強運」に導かれたような経緯にも少し驚かされます。
その回路案は、今では業界最高クラスのノイズ耐量を持つオペアンプ「EMARMOUR」シリーズへと結実し、多くのお客さまに採用いただいている製品として、現在も市場で活躍中です。

スイッチングノイズとのたたかい

一方、エミッション（EMI）＝自らがノイズを発生させないための対策についても、日々多くのエンジニアが、地道な努力を積み重ねながら取り組んでいます。

今回採り上げるのは、車載部品として使用されるDC-DCコンバータIC。
EV/HEVの普及や通信機器や各種センサといった周辺搭載機器の増加も相まって、車内の電圧変換は多岐に及んでいます。また、その変換効率や高速応答性についても、高い性能が要求されると同時に、製品自体の小型・軽量化も大きな命題となっています。

このような厳しい条件下での製品開発に加えて、安全上における大きな焦点として設計エンジニアの頭を悩ませるのが、スイッチングの際に生じる高周波ノイズです。
より高い周波数でスイッチングを行うほど、高速応答性や素子の小型化を達成しやすいのですが、スイッチング速度を上げれば上げるほど、ノイズも多く発生してしまうトレードオフの関係をいかに乗り越えるか？ということが設計エンジニアにとっては大きなミッションとなっているのです。

落ち着いた口調でこう語ってくれるのは、電源ICを主なフィールドとする設計エンジニアの大下氏。
車両におけるノイズの影響は、ラジオ、GPSなど通信機器への妨害や感度悪化にはじまり、危険通知等にも関係するスピーカーへの影響、さらにはモータの誤動作にまで及ぶ可能性があるといいます。

2010年代後半には、IC自体をの2MHzの高周波で駆動したいというお客さまからのニーズと、業界の新たな車載基準「CISPR25」の制定が同時に押し寄せ、日々まさに格闘だったと振り返ります。

電波暗室での測定・分析だけでは留まらず、テストするボードを作成する段階から頻繁に設計エンジニアと意見交換を行う、ある意味もうひとりの設計者としての役割を担っているのがEMC測定サイトのメンバー。ノイズに関する知見だけでなく、ICそのものの特性や業界の動向にも深い造詣が求められるスペシャリストとして、今では半導体デバイス開発には欠かせない存在と言えるかもしれません。

膨大なノウハウが支えるシミュレーションの発展

近年ではノイズ対策設計におけるシミュレーションへの期待値がどんどん高まっています。
より開発過程の上流でさまざまな課題解決を行うことで、スピーディーな製品開発とコスト削減を促す製造業の潮流は、誰もが疑う余地がないところです。
また、多くの半導体メーカーがノイズ対策の未来像としてシミュレーションで完結させる将来像を模索している現在、ロームでも部分的・段階的なステップを踏みながら移行していくビジョンを描いています。

新世代のものづくりを牽引するキー・テクノロジーのひとつであるEMC対策設計への期待値は、今後ますます高まっていくことでしょう。
その中で私たちロームは何処に立ち、どんな世界を見据えているのか・・・？
その答えは、日々、目に見えないノイズとのたたかいを続ける中にこそあるのだ、というEMC設計エンジニアの面々、そして電子デバイス設計者たちの静かな決意が、未来への道程を明るく照らしています。