【实践篇①】面向IoT/5G时代的噪声对策技术

电子社会离不开EMC技术

电子设备的噪声问题在1960年，即微电子学的开创时期成为了焦点。在此之前，噪声问题主要为RFI（射频干扰），例如无线电通信受到干扰或妨碍，以及广播或电视受到接收障碍等。当时的肇事方与受害方相对清晰，噪声的来源也很有限。但随着使用晶体管和IC的电子设备广泛普及，噪声问题开始在整个社会中扩大。电子设备不仅受到噪声的影响，其本身也是一个噪声源，而这已经成为一个问题。此外，在数字技术迅速发展的20世纪80年代，由电子电路故障引起的问题频发，例如自动挡汽车突然停止和启动、电车门突然全部打开以及产业机器人造成人身事故等。

于是，除了由RFI发展而来的EMI（电磁干扰=emission问题）之外，还诞生了EMS（抗扰度=immunity问题）的概念。而EMC（电磁兼容性）则是兼顾EMI与EMS的一种尝试。换言之，EMC是基于“不对其他系统造成噪声干扰”且“不被其他系统的噪声影响 ”的概念。近年来，随着互联网的普及，许多电子设备已经通过无线和配线进行连接。对每个电子设备实施EMC对策可以提高整个系统的可靠性。对于实现舒适安全的IoT社会，EMC技术变得越来越重要。

全球的噪声限制日益趋严

噪声问题是一种环境问题。作为电磁能的噪声不受国界限制，如果一个产品在没有噪声对策的情况下出口，噪声危害会像跨境污染一样扩散到其他国家。因此，IEC（国际电工委员会）及其下属机构CISPR（国际无线电干扰特别委员会）等制定了国际限制，以尽量减少噪声的产生与危害（EMC相关标准分为国际标准、区域标准和各国标准，WTO/TBT（贸易技术壁垒相关协定）建议与国际标准相匹配（协调），以劝告国标准的匹配性）。

日本的VCCI（信息技术设备无线电干扰自愿控制委员会）是根据1985年CISPR的建议，将电脑等ITE（信息技术装置）、复印近及传真机作为限制对象，由相关行业设立的自主限制。电视机、收音机和VTR等设备受电气用品取缔法管辖，而手机等低功率通信设备则属于电波法的限制对象设备。

欧洲的噪声限制尤为严格。在1994年欧洲合并为EU时，只有符合EMC指令等条件的产品才允许带有CE标志（附CE标志），而没有CE标志的产品则被法律禁止在欧盟范围内流通或销售。当然，没有CE标志的产品也不能在EU出口。此外，随着中国加入WTO（世界贸易组织），CCC制度(China Compulsory Certificate system)实施至今。CCC制度旨在确保进口到中国的电气和电子产品的安全，是中国政府对其是否符合GB标准（国家标准）进行审查和认证的制度。未获得认证的产品不能向中国出货、进口或销售。经过认证的产品必须标示CCC标志。CCC右边的小文字表示认证的种类，“EMC”代表电磁兼容性。

到目前为止，包括个人电脑在内，ITE（信息技术装置）此前一直以30MHz〜1GHz的辐射噪声限制对象，但CISPR决定将其扩大到6GHz，并已经开始了相关限制。在全球范围内统一复杂的噪声限制由于会涉及不同国家的利益，因此并不容易实现。另外，由于审议需要时间，因此目前噪声限制尚无法跟上电子设备快速的高功能化与多功能化的步伐。

噪声对策事关IoT/5G时代安全

电视广播在20世纪中期开始正式在全世界范围内进行。从那时起，电视已经从黑白转为彩色，从模拟播放转为数字播放。今天，电视播放可以在智能手机、电脑甚至是汽车上观看。此外，高清4K/8K电视播放也已开始。在过去30年中，通信速度约提升了10,000倍，预计2030年之后将达到1T（太）bps。然而，一个任何人可随时随地访问网络的社会，也是一个任何人会随时随地面临噪声和信息泄露威胁的社会。

噪声问题不能用信号是“好人”，噪声是“坏人”的“劝善惩恶”方法来解决。这是因为设备之间的通信信号也可能会成为其他设备的噪声。例如，高速近距离无线通信UWB通信是一种在3-10GHz的宽频带上传播信号并进行传输的技术。然而，为了防止对其他无线设备的干扰，UWB通信的无线电波必须保持在一个非常微弱的水平。

此外还出现了一种利用定向良好的天线来接收计算机、外围设备或电缆发出的微弱噪声以窃取信息的全新技术TEMPEST（电磁窃听）技术，它可能威胁到网络社会的安全。人们对于直接将家庭内或办公室内的配电网络作为通信基础设施使用的PLC（电力线通信）也寄予厚望，但在投入实际使用时，需要解决与其他设备的干扰和信息泄漏的问题。噪声就在我们周围，电子设备内部也有噪声源，所以叠加在信号上的噪声无法完全消除。因此，随着这些电子设备高频、高速、低电压化的进一步发展，随时确保信号质量与稳定性的SI（信号完整性）和PI（电源完整性）的概念将会变得越来越重要。