【保存版】入力フィルタの配置とパターン設計の完全ガイド

これまでの記事で、パターン幅・ビア・シールド・ガードパターンの基本を解説しました。基板設計の「電流」と「信号保護」の基礎は身についたはずです。

しかし、製品として世に出すにはEMC試験を通さなければなりません。ここで多くの設計者がつまずくのが入力フィルタの設計です。

入力フィルタは「同じ部品を使っても、配置と引き回しで性能が10倍変わる」と言われるほどシビアな世界です。回路図通りに置くだけでは、まず通りません。

この記事を読み終えたとき、あなたは「電源入口からX→チョーク→Y→ICの順で、入力と出力を絶対に交差させない」と即答できるようになります。EMC試験で苦労する確率を大きく下げる設計ノウハウを身につけましょう。

まず復習：コモンモードとノーマルモード

入力フィルタの設計では、「どの種類のノイズを止めるか」を意識することが何より重要です。フィルタ部品ごとに得意なノイズが違うからです。

2種類のノイズの違い

道路で例えると

2車線の道路で例えるとわかりやすいです。

入力フィルタの登場部品4種類

入力フィルタを構成する部品は、基本的に以下の4種類です。それぞれ得意な仕事が違うので、まず役割を整理しておきましょう。

部品	役割	得意なノイズ	配線方向
Xコンデンサ	L-N間に並列	ノーマルモード	L↔N
Yコンデンサ	L-FG / N-FG間に並列	コモンモード	L,N→FG
コモンモードチョーク	L,Nに直列（共通コア）	コモンモード	直列
ノーマルモードチョーク	L または N に直列	ノーマルモード	直列

XコンデンサとYコンデンサの違い

名前は似ていますが、設置場所と役割が全く違います。

入力フィルタの基本構成（典型的な配置順）

入力フィルタには「正しい配置順」があります。これを間違えると、フィルタ性能が大幅に落ちます。

電源入口からの基本順序

商用電源（AC100V）入力の典型例で、電源コネクタ側から負荷側に向かって、以下の順番で配置します。

なぜこの順番なのか？

この順番には明確な理由があります。「外から来るノイズ」と「内から出るノイズ」の両方をブロックするためです。

最重要：入出力を絶対に交差させない

入力フィルタのレイアウトで、絶対に守るべき鉄則があります。それは「フィルタの入力配線と出力配線を交差させない・近づけない」です。

なぜ交差させてはいけないのか？

フィルタの「入力（汚れた電源）」と「出力（綺麗になった電源）」が近くを通ると、せっかくフィルタで取ったノイズが、空間結合で出力側に飛び移ってしまいます。「フィルタを置いた意味がなくなる」のです。

レストランの厨房に例えると

レストランの厨房を想像してください。生肉（汚れた電源）を扱う場所と、調理済みの料理（綺麗な電源）を扱う場所が同じだったら、衛生的に大問題ですよね。同じテーブルの上で、汚れた肉と完成した料理を並べてはいけない。

入力フィルタも同じです。「汚いゾーン」と「綺麗なゾーン」を物理的に分け、配線も決して交差させてはいけません。

具体的なレイアウト指針

1. 入力フィルタは基板の端に直線配置：コネクタ→フィルタ→負荷の流れを「I字型」に
2. U字・L字レイアウトは避ける：折り返し配線は入出力が近づくのでNG
3. フィルタ部品の上に配線を通さない：別層であってもクロストークが発生
4. フィルタゾーンのGNDは別エリアに：ノイジーなGNDが綺麗なエリアに広がらないように

コモンモードチョークの引き回しテクニック

入力フィルタの主役コモンモードチョークは、引き回しが特にシビアです。これだけで1セクション割く価値があります。

コモンモードチョークの仕組み（ざっくり）

コモンモードチョークは、1つのコアにL線とN線の2本のコイルが巻かれた部品です。

• ノーマルモード電流：L側とN側で逆向きに流れる→磁束が打ち消し合う→素通り
• コモンモード電流：L側とN側が同じ向きに流れる→磁束が強め合う→大きなインダクタンスでブロック

この「同じ向きの電流だけ阻止する」性質が、引き回しによって台無しになることがあります。

引き回しの3つの鉄則

Xコンデンサ・Yコンデンサの引き回し

コンデンサ系のフィルタ部品は、「リード線（足）の長さ」が性能を大きく左右します。

配線インダクタンスが性能を殺す

コンデンサにつながる配線は、それ自体が寄生インダクタンスを持っています。配線が長いほど寄生インダクタンスが大きくなり、コンデンサの「ノイズをショートする」性能が落ちます。

特に高周波では、わずか数mmの配線が大きなインピーダンスとなり、コンデンサが効かなくなります。

コンデンサ配置の鉄則

よくある悪いレイアウト

GNDの考え方：FGとSGの分離

入力フィルタ周辺のGNDは、メイン回路のGNDと分離するのが鉄則です。

FG（Frame Ground）と SG（Signal Ground）

分離する理由

YコンデンサがFGに流すコモンモードノイズは、SGに流れ込んではいけません。FGはノイズを「捨てる場所」で、SGは「信号の基準」です。

両者が直接つながっていると、FGに集まったノイズがSGを揺らし、結果として回路が誤動作します。

よくある失敗パターン5選

入力フィルタの設計で新人がやりがちな失敗を5つ紹介します。これを知っておけば、EMC試験で泣く確率が大きく下がります。

失敗①：入力配線と出力配線がU字で隣接

基板スペースの都合で、入力ラインを折り返してフィルタ後段の出力ラインと並走させてしまう。EMCで一発NGになるパターンの最有力候補です。フィルタは「I字レイアウト」が原則。

失敗②：Yコンデンサの安全規格を確認しない

「容量が同じだから」と普通のセラミックコンデンサをYコンデンサとして使う。これは安全規格違反で、感電事故・火災の原因になります。Yコンデンサは必ずクラスY1またはY2の認証品を使うこと。

失敗③：コモンモードチョーク下にGNDベタ

「GNDベタは万能の対策」と思い込んで、コモンモードチョークの直下にGND層を引いてしまう。チョークのインダクタンスが大幅に低下し、フィルタ性能が落ちます。データシートを必ず確認。

失敗④：FGとSGを大面積で繋ぐ

「同じGNDだから」とFGとSGを大きな銅箔で接続する。これでFGに流れたコモンモードノイズがSGに入り込み、回路全体が誤動作します。両者は1点接続か、ビーズ・小容量コンデンサ経由で接続。

失敗⑤：コンデンサに「ヒゲ配線」

XコンデンサやYコンデンサの足から、細長い配線（ヒゲのよう）でL線・N線・FGに接続する。寄生インダクタンスでフィルタ効果が消滅します。配線は3mm以下、幅1mm以上を死守。

設計レビュー前のチェックリスト

入力フィルタ設計のチェックポイントをまとめました。EMC試験前、設計レビュー前に必ず確認してください。

これら7項目をすべてクリアできれば、EMC試験で大きくつまずく確率は激減します。「入力フィルタはレイアウトで決まる」と肝に銘じて、配置の段階で必ずチェックしてください。

まとめ：レイアウトでEMC性能の8割が決まる

この記事では、入力フィルタの配置順序、コモンモードチョーク・X/Yコンデンサの引き回し、GNDの分離について解説しました。

入力フィルタの設計は、回路図ではなくレイアウトで性能の8割が決まります。同じ部品・同じ回路でも、配置と引き回しが正しくなければ、カタログ通りの性能は出ません。

最重要ポイントを3つに絞るなら：

1. I字レイアウト（入力と出力を絶対に交差させない）
2. コンデンサ配線は最短最太（寄生インダクタンスを最小化）
3. FGとSGの分離（汚いGNDと綺麗なGNDを混ぜない）

これらは経験で身につくスキルでもあります。最初は「過剰かな？」と思うくらい厳格にやって、徐々に最適化していくのが正解です。

基板設計の電流容量・ノイズ対策・入力フィルタまで一通り押さえたら、いよいよ次はEMC試験の実際と個別の回路設計に進めます。お疲れ様でした。