ノイズはどこから来て、シールドは何を防ぐか
モーターの起動停止、スイッチング電源、RF モジュール、隣のスロットのケーブル——電磁ノイズの発生源は機器の中の至るところにあります。ノイズが信号線に結合すると、軽症なら散発的なデータエラー、重症なら EMC 試験に通らない製品になります。シールドの原理は単純です。導電層が導体を取り囲み、外部の電磁界はシールド上に電流を誘起し、その電流は信号に結合する代わりにグランドへ流れ落ちる。これは双方向に働き、ケーブル自身の放射も内側に閉じ込められます。
残る問題は、その導電層をどう作るかです。主流の 3 構造は、性格がまるで違います。
アルミ箔——カバーは完全、屈曲は苦手
箔シールドはアルミとポリエステルの薄いラミネートで、コアに縦添えまたは螺旋巻きされます。強みはカバー率——実質 100% で隙間がなく、高周波ノイズに入り口を与えません。安価で、外径もほとんど増やしません。
弱点も同じくらい明確です。層が薄いため繰り返しの屈曲で疲労し、亀裂が入ると高周波性能も一緒に落ちます。またアルミ箔自体の抵抗はやや大きく、低周波ノイズが必要とする「低インピーダンスの逃がし道」は提供できません。箔は固定配線向きで、毎日動く部位には不向きです。
編組——頑丈で屈曲に強い、ただし隙間がある
編組シールドは錫めっき銅線を編んだスリーブです。機械的強度が高く、繰り返しの屈曲を恐れません。銅の断面積が大きいので低周波の導通に優れ、相応の誘起電流も担えます。
生まれつきの短所は隙間です。編んだ網は完全カバーになりません。高密度品で 95%、普通品で 70〜85%。周波数が上がり波長が短くなるほど、網目から入り込みやすくなります。
横巻き——極細ケーブルのための折衷案
横巻き（サーブ）シールドは、銅線を編まずに一方向へ螺旋状に巻いた構造です。存在理由は柔らかさ——編組スリーブを通せないほど細いケーブルにもシールドを施せる唯一の現実解で、マイクロ同軸の単線シールドはまさにこの構造です。代償として、屈曲時に銅線の間が開き、高周波性能は編組に劣り、箔にはさらに劣ります。
複合シールド——弱点の相互補完
箔の「完全カバー・高周波に強い」と編組の「頑丈・低周波に強い」を重ねたものが箔＋編組の複合シールドです。弱点がちょうど打ち消し合うため、要求の厳しい映像・データケーブルは標準的にこの構成を採ります。High-Shielding Micro-Coax と Shielded LVDS Routing の製品ページで、複合シールドの実際の構成が見られます。
シールド効果・ドレンワイヤ・EMC
シールドケーブルの仕様書を読むとき、知っておきたい用語が 2 つあります。シールド効果（shielding effectiveness）は dB で表され、数字が大きいほど遮蔽がきれいです。同じ構造でも周波数帯によって効果は大きく変わります。「シールド付き」という 3 文字だけでは何も分からない理由がこれで、問うべきは「自分のノイズ周波数で何 dB か」です。ドレンワイヤは箔に沿って走る裸銅線です。箔自体は端末処理しづらいため、ドレンワイヤが代わりに誘起電流をグランドへ導きます。箔シールドのケーブルにほぼ必ず付いているのはそのためです。
完成品にとって、シールドが最終的に仕えるのは EMC 適合——CE や FCC の放射・イミュニティ限度値です。医療機器と産業オートメーション現場（インバータやサーボドライバが密集する制御盤）は、シールドケーブルが最も働く 2 大環境であり、EMC 是正が最も多く発生する場所でもあります。EMC 試験に落ちてからケーブルシールドを直しに戻るのは、最も高くつく是正経路のひとつ。初版試作にシールド設計を織り込むほうが、「まず裸で走らせ、ダメなら足す」より通常は安く済みます。
端末処理が半分を決める
シールドを正しく選んでも、仕事はまだ半分です。シールドは最終的にグランドへ接続されますが、その接続方法で結果が大きく変わります。360 度端末処理——シールドを全周にわたってコネクタシェルへ固定する——ならシールド本来の性能を保てます。手間を惜しんでピッグテールを撚ってグランドへはんだ付けすると、そのピッグテールが高周波で自らアンテナになり、数十 dB のシールド効果が見る影もなくなることがあります。シールドケーブルの見積や図面を確認するときは、端末処理方式について一行、確認の質問を入れる価値があります。
シールドの要否をどう判断するか
筐体内の静かな 10cm の短い配線なら、たいてい不要です。ケーブルが筐体の外に出る、モーターや電源に沿って走る、製品が CE / FCC の放射限度値を通る必要がある——そのときは設計にシールドを入れてください。迷う場合は、配線環境（近くに何があるか、長さ、通すべき認証）を RFQ に書き、ケーブルメーカーと一緒に損得を計算するのが確実です。
