EMI（イーエムアイ）

2025年10月15日

EMI（イーエムアイ）

英語表記: EMI (Electro Magnetic Interference)

概要

EMI（電磁干渉）とは、電子機器から発生する不要な電磁波が、他の機器の動作に悪影響を及ぼす現象を指します。コンピュータの構成要素において、特に「電源とクロック」の領域では、安定した動作を確保するためにこのEMI対策が非常に重要になります。EMIが発生すると、データの誤りや機器の誤動作、最悪の場合はシステムダウンを引き起こす可能性があるため、ノイズ・EMI対策は設計の根幹をなす要素なのです。

詳細解説

EMIは、電子機器が動作する際に発生する電磁ノイズが原因で起こります。このノイズは、主にコンピュータ内部の高速な信号処理や、特に電源回路、つまり「電源とクロック」に関連する部分から発生します。

EMIの発生源と重要性（電源とクロックの文脈）

コンピュータの心臓部であるCPUやメモリは、正確なタイミング（クロック信号）で動作しています。また、それらを駆動するためには安定した電力供給（電源）が不可欠です。

電源回路（スイッチング電源）: 現代のコンピュータで広く使われているスイッチング電源は、効率良く電圧を変換するために、高速でオン・オフを繰り返しています。この高速なスイッチング動作こそが、強力なノイズ源となります。このノイズが他の回路に伝わると、電圧が不安定になり、クロックのタイミングがずれる原因になりかねません。
クロック信号と高速データ通信: クロック信号は非常に高い周波数で動作しており、その信号線自体がアンテナのように振る舞い、電磁波を放射してしまいます。また、データ伝送速度が向上するほど、信号の立ち上がり・立ち下がり時間が短くなり、高周波ノイズ成分が増加しやすくなります。

このように、EMIは単なる外部への迷惑行為ではなく、システムの根幹である「電源とクロック」の品質を直接的に低下させる内部的な脅威でもあります。そのため、コンピュータの構成要素を設計する上では、ノイズ対策を最優先事項の一つとして扱わなければなりません。

ノイズの種類と対策の基本

EMIノイズは、伝わり方によって大きく二つに分類されます。

伝導ノイズ（Conducted Emission）: 機器の電源線や信号線などの導体を伝わって外部に漏れ出すノイズです。これは主に電源ラインにフィルタ（ノイズ除去部品）を挿入することで対策します。
放射ノイズ（Radiated Emission）: 機器の筐体やケーブルから、電磁波として空間に放出されるノイズです。これは、シールド（遮蔽）やグラウンディング（接地）によって対策します。

対策の具体的な技術としては、ノイズの発生源を物理的に覆うシールド材の使用（金属ケースなど）、ノイズ成分だけを吸収・減衰させるフィルタ回路の設計、そしてノイズを大地に逃がすグラウンディング（接地）の徹底が挙げられます。特に、電源回路の設計においては、コンデンサやインダクタ（コイル）を組み合わせて適切なローパスフィルタを構成し、高周波ノイズを効果的に除去することが求められます。

これらの対策は、機器の安定性（イミュニティ）を高めると同時に、外部へのノイズ放出（エミッション）を抑える役割も担っています。私は、電子機器の安定動作は、この地道なノイズ対策によって支えられているのだと実感しています。

具体例・活用シーン

EMI対策は、私たちの身の回りのあらゆる電子機器で行われています。特に高性能なコンピュータや通信機器では、その対策は芸術的な域に達していますね。

フェライトコアの活用:
電源ケーブルやUSBケーブルの根元付近に、円筒状の黒い部品が付いているのを見たことがあるでしょうか。あれが「フェライトコア」です。これは、ケーブルを伝わる高周波ノイズを熱に変えて吸収し、ノイズの伝搬を阻止する役割を果たしています。コンピュータから発生したノイズが外部に漏れるのを防いだり、逆に外部からのノイズがコンピュータに入り込むのを防いだりする、非常にシンプルな、しかし効果的な対策部品です。
シールドと筐体設計:
コンピュータの金属製の筐体（ケース）は、単に内部部品を保護するだけでなく、重要なEMI対策部品でもあります。金属は電磁波を通しにくいため、内部で発生した放射ノイズを外に漏らさない「電磁波の檻（かご）」として機能します。また、外部からの電磁波が内部の繊細な回路（特にクロック回路や電源制御回路）に影響を与えるのを防ぐ役割も果たしています。

比喩による理解：隣の家の騒音問題

EMIを理解するための具体的な比喩を考えてみましょう。高性能なコンピュータを、非常に繊細な作業をする「静かな図書館」だとイメージしてください。この図書館（コンピュータ）の安定性は、静寂（安定した電源とクロック）によって保たれています。

ところが、図書館のすぐ隣に、高速で動作する「大きな工事現場」（スイッチング電源や高速クロック回路）が建ってしまったとします。この工事現場から発生する「騒音」（電磁ノイズ）が、図書館の壁（シールド）や窓（ケーブル）を伝って内部に侵入してきます。

もし騒音がひどすぎると、図書館の利用者（データ処理）は集中できず、作業を間違えてしまいます。これが「誤動作」です。

EMI対策とは、この騒音問題に対処することに他なりません。

フィルタの設置: 工事現場の排気口（電源ライン）に高性能な消音マフラー（フィルタ）を付けて、騒音源そのものを小さくします。
シールドの強化: 図書館の壁を厚い防音壁（金属筐体やシールド）にして、外部に騒音が漏れるのを防ぎ、同時に外部の騒音が侵入するのを防ぎます。

このように、コンピュータの安定動作（図書館の静寂）を守るためには、内部の騒音源（電源とクロック）を徹底的に制御し、外部からの干渉を防ぐ「ノイズ・EMI対策」が不可欠なのです。私たちは、この静寂を確保するために、日々設計の工夫を凝らしているわけです。

資格試験向けチェックポイント

IT資格試験、特にITパスポートや基本情報技術者試験では、コンピュータの構成要素の信頼性や環境問題に関連してEMIが問われることがあります。

EMIとEMSの違い: EMI（電磁干渉）は「ノイズを出すこと（エミッション）」、EMS（電磁感受性）は「ノイズを受けても耐える能力（イミュニティ）」を指します。両者を合わせてEMC（電磁両立性）と呼びます。コンピュータの安定性を問う文脈では、このEMCが重要視されます。
対策部品の機能: フェライトコア、シールド、フィルタ（コンデンサやインダクタ）がそれぞれどのようなノイズ対策の役割を果たすかを問われます。特に、高周波ノイズを除去する役割を理解しておきましょう。
法規制と基準: 機器から発生するノイズが許容範囲内であることを定める国内の自主規制団体として、VCCI（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）が有名です。コンピュータの構成要素が市場に出るためには、これらの基準を満たす必要があります。
電源とノイズの関係: スイッチング電源がノイズ源となりやすいこと、そしてそのノイズがクロック信号のジッタ（揺らぎ）を引き起こし、システム全体の信頼性を低下させる可能性がある、という因果関係を理解しておくと、応用的な問題にも対応できます。