車載イーサネットEMC試験の新常識とは？
自動車業界のエンジニアの皆様は、ADASやIVIシステムの高度化に伴い、100BASE-T1や1000BASE-T1といった車載イーサネットの導入を検討していることでしょう。一方で、これらの高速ネットワークは、EV化で増加する強力な電磁ノイズへの脆弱性という、新たなリスクを生み出します。従来のEMC試験では、機能停止しない「合否」の確認はできても、ノイズ環境下における通信品質の「健全性」までは評価できませんでした。EMC試験に合格しても、市場で通信障害が発生するリスクをどう防ぐか。本記事では、EMC試験を「ブラックボックス」にしないための鍵となる、物理層のSQIやBERといった品質指標におけるライブモニタリングの重要性と、通信の信頼性を根本から保証するために不可欠な「EMC環境下での信号品質測定」というテーマに焦点を当て、その課題と、FLTEK社の車載イーサネット通信品質測定器がもたらす競合優位性の高い解決策を詳述します。
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1. 車載ネットワーク革命：IVNのデータ需要の増加
先進運転支援システム（ADAS）から完全自動運転へと技術が進化する中で、車載ネットワークはこれまでの常識を覆すほどの変革期を迎えています。このセクションでは、その変革の核心であるイーサネットの高速化と、それがもたらす新たな課題について概説します。
1-1. ギガビット級への移行：新たな標準の確立
車載イーサネット市場は、2024年の約30億ドルから2037年には370億ドル以上にまで成長すると予測されており、その年平均成長率（CAGR）は21%を超えています 1。この急成長の原動力は、ADAS、高精細インフォテインメント、そして車両のE/Eアーキテクチャを根本から変える「ゾーンアーキテクチャ」への移行に伴う、爆発的な帯域幅需要です。
かつて主流であったCANやFlexRayといったバス技術に加えて、IEEE 802.3bwで規格化された100BASE-T1や、IEEE 802.3bpの1000BASE-T1が、現代の車両バックボーンネットワークに採用されつつあります 3。この移行は単なる速度向上ではなく、多数のセンサーからの情報を低遅延で集約し、中央の高性能コンピュータで処理する「センサーフュージョン」や「集中コンピューティング」を実現するための、アーキテクチャレベルでの必要要件なのです。1-2. マルチギガビットの胎動：次世代への展望
1Gbpsが採用されつつある現在でも、技術の進化は止まりません。高解像度カメラ、LiDAR、レーダーアレイから生成される生データストリームは、すでに40 Gbpsに達するとの試算もあります 2。この需要に応えるため、IEEE 802.3chとして標準化された2.5/5/10GBASE-T1といったマルチギガビット規格の検討が始まっています。実際に、マルチギガビット市場は2030年まで年率38%という驚異的な成長が見込まれています。
このトレンドは、現在の規格に精通しているだけでは不十分であり、将来のより高度な信号品位（シグナルインテグリティ）の課題に対応できる測定アーキテクチャがいかに重要であるかを示唆しています。通信速度と周波数が高まるにつれて、物理層の品質を厳格に試験する必要性は、今後ますます増大していくでしょう。2. 見えざる脅威：シグナルインテグリティとEMC試験の「ブラックボックス」
高速化は多大な利益をもたらす一方で、電磁ノイズという見えざる脅威に対する脆弱性を増大させます。特に、自動車の安全性を保証する上で避けて通れないEMC試験において、従来の手法では見過ごされてきた重大なリスクが存在します。本セクションでは、その技術的な問題の核心に迫ります。
2-1. シグナルインテグリティが最重要である理由
高速デジタル信号は、物理層において様々な劣化要因に晒されます。具体的には、タイミングの揺らぎである「ジッタ」、外部からの「ノイズ」、伝送路での信号減衰である「アッテネーション」、隣接ケーブル間の干渉である「クロストーク」、そしてインピーダンスの不整合が引き起こす「反射」などです。これらの要因は信号波形を歪ませ、「アイ・ダイアグラム」を悪化させ、エラーに対するマージンを減少させます 11。安全性が最優先されるADASのデータパケットにおいて、たった1ビットのエラーがシステム全体の誤動作につながる可能性も否定はできません。
シグナルインテグリティ（SI）は、データ信頼性の物理的な基盤そのものです。SIの劣化は、通信失敗の直接的な尺度であるビットエラーレート（BER: Bit Error Rate）の上昇に直結します 12。OPEN Alliance規格では、 1000BASE-T1で許容可能なBERの閾値（例：10^-10未満）が定められていますが、ノイズの多い車載環境でこの値を達成することは、設計における大きな挑戦です。2-2. 従来のEMC試験が持つ致命的な限界
EMC試験は法規や各OEMの要求により必須とされるプロセスであり、主にエミッション（不要電波の放射）とイミュニティ（電磁波への耐性）の2種類に大別されます。イミュニティ試験では、評価対象物（DUT: Device Under Test）を電波暗室内に設置し、外部から強力な電磁波を照射して、実環境で想定される干渉を模擬します。
ここでの問題は、従来の合否判定基準が、DUTの「機能的な状態」にのみ基づいている点です。例えば、「システムがリセットしない」「警告灯が点灯しない」といった観点でのみ評価されます。この手法はDUTを「ブラックボックス」として扱っており、試験中に通信リンクがどのような状態にあるかについては、一切の可視性を提供しません。リンクが大量のビットエラーに見舞われ、データが実質的に使い物にならなくなっていても、リンクが完全に切断されない限り、試験は「合格」と見なされる可能性があるのです。これは、安全性が最重要であるシステムにとって、極めて危険な評価の死角と言えます。3. FLTEK社通信品質測定器の登場：過酷な環境下での精密測定
EMC試験の「ブラックボックス」問題を解決し、真の通信信頼性を確保するために、FLTEK社の車載イーサネット通信品質測定器は開発されました。この測定器は、単なるリンクの有無を超えた、定量的かつ多角的な通信品質評価を可能にします。
3-1. 中核となる測定能力：リンクステータスを超えて
FLTEK社のBR-100A（100BASE-T1対応）およびBR-1000A（1000BASE-T1対応）は、以下の重要な指標をリアルタイムで測定します。
- ビットエラーレート（BER）測定: 通信信頼性の最も基本的な尺度であり、受信した総ビット数に対するエラービット数の比率を算出します。これにより、データがどれだけ正確に伝送されているかを直接的に評価できます。
- 信号品質指標（SQI: Signal Quality Index）: PHYチップが内部で評価する、リンクの信号対雑音比（S/N比）に相当する指標です。一例として、0（最悪）から7（最良）の8段階で評価され、ビットエラーが発生する前のリンク品質の劣化を早期に検知する先行指標となります。例えば、SQIが7であればBERは$10^{-20}未満と極めて健全ですが、SQIが1に低下するとBERは10^{-8}$程度となり、リンク断寸前の危険な状態であることを示します。
- 前方誤り訂正（FEC: Forward Error Correction）エラー（1000BASE-T1）: 1000BASE-T1規格には、軽微なビットエラーを通信を止めずに訂正するFEC機能が組み込まれています。BR-1000Aは、このFECによる訂正動作の発生を監視できます。これは、通常のBER測定では「エラーゼロ」と表示されてしまうような、ノイズによる隠れた影響を可視化する上で極めて重要です。
これらの指標を組み合わせることで、通信リンクの状態を多層的に把握できます。SQIが劣化の予兆を示し、FECエラーがリンクがノイズと戦っている状態を表し、そしてBERが最終的なデータ破損の証拠となります。これは、従来の「リンクアップ／ダウン」という二元的な情報とは比較にならない、詳細な洞察を提供します。
4. 決定的な優位性：EMCイミュニティ試験中のライブ通信モニタリング
FLTEK社の通信品質測定器が持つ最大の競合優位性は、その独自のアーキテクチャによって実現される「EMCイミュニティ試験中のリアルタイム通信品質モニタリング」機能にあります。これは、業界が長年抱えてきた課題に対する画期的なソリューションです。
4-1. 革新的なアーキテクチャ
この機能を実現する鍵は、システムの物理的な構成にあります。DUTに直接接続されるPHY-BOXは、小型・堅牢であることに加え、バッテリーを内蔵しています。これにより、ノイズ源となりうる電源ケーブルを電波暗室内に引き込む必要がありません。そして、このPHY-BOXと、暗室外のエンジニアが操作するテスタユニットとの間は、光ファイバーケーブルで接続されます。
このアーキテクチャは、EMC試験において絶大な効果を発揮します。光ファイバーは電磁波の影響を一切受けないため、暗室内の強力な電磁界環境でもノイズのないクリーンな通信路を確保できます。測定の心臓部であるPHY-BOXが過酷な環境下で完璧に動作し、そのデータを劣化させることなく安全な暗室外へと伝送できるのです。EMC試験時にイーサネットの信号品質を測定できるのは、この独自のアーキテクチャを持つFLTEK社製品だけです。4-2. 「合否判定」から「定量的性能評価」へ
このシステムを用いることで、エンジニアはEMC試験のパラメータ（例：BCI試験の注入電流、放射イミュニティ試験の周波数や電界強度）と、通信品質指標（SQI, FEC, BER）を直接的に相関させることが可能になります。
これにより、EMC試験は単なる「合格／不合格」を判定する最終関門から、弱点を特定し設計を最適化するための、高度な診断・特性評価ツールへと変貌します。エンジニアは、以下のような重要な問いに、データに基づいて答えることができるようになります。
- どの周波数・電界強度でSQIが低下し始めるのか？
- ビットエラーが発生するまでに、どれくらいのノイズマージンが残されているのか？
- 障害は、BERの緩やかな増加として現れるのか、それとも突然のリンク断として現れるのか？
この知見は、シールドやグラウンド設計の最適化、部品選定の妥当性評価において非常に価値が高く、最終的により堅牢で信頼性の高い製品開発に繋がります。開発プロセスそのものを変革するこの能力こそが、FLTEK社が提供する決定的な価値です。
5. 開発サイクル全体を網羅する包括的ツール
FLTEK社の測定器の価値は、EMC試験という特殊な環境だけに留まりません。その多機能性は、製品開発の初期段階から量産直前の検証まで、あらゆるフェーズでエンジニアをサポートする不可欠なツールとしての地位を確立します。
5-1. EMC試験を超えて：多用途なラボの相棒
本測定器は、実験室のベンチトップでECUを開発する際の、理想的な対向機（リンクパートナー）として機能します。既知の正常な基準器として動作させることで、開発中のECUの通信機能を正確に評価できます。
さらに、高性能なメディアコンバータとしての役割も果たします。車載規格である100/1000BASE-T1を、PCや汎用的なイーサネット解析ツールが使用する標準的な100/1000BASE-TXへとブリッジすることが可能です。この機能は、物理層の品質を監視しながら、同時に上位層のプロトコルを解析するといった、高度なデバッグ作業を可能にします。6. よくある質問（Q&A）
Q1: FLTEK社測定器のSQI測定は、通常のBER測定と比較してどのような利点がありますか？
A1: BER（ビットエラーレート）測定は、実際にエラーが発生した後にその事実を検出しますが、SQI（信号品質指標）はエラーが発生する前の「通信マージンの低下」を捉えることができます。 SQIとBERを同時に測定し相関を確認することができることもBR-100A/BR-1000Aの特徴の一つです。
Q2: FLTEK社のシステムは、10GBASE-T1のようなマルチギガビット車載イーサネット規格の試験にも使用できますか？
A2: 現在提供されているBR-100AおよびBR-1000Aは、それぞれ100BASE-T1および1000BASE-T1規格に特化しています。しかし、本製品で確立された「光ファイバーによる絶縁」と「バッテリー駆動PHY-BOX」という測定アーキテクチャの基本理念は、将来のマルチギガビット規格のEMC試験においても同様に不可欠となるでしょう。将来の規格への対応については、FLTEK社の今後の製品展開にご期待ください。
Q3: EMC試験以外で、FLTEK社測定器が開発ラボで最も一般的に使用されるケースは何ですか？
A3: ECU開発の初期段階における「対向機」としての活用が非常に一般的です。開発中のECUのイーサネット通信機能を評価する際、FLTEK社測定器を基準となるリンクパートナーとして使用します。これにより、リンクアップの問題、通信安定性の評価、各種パラメータ設定の最適化などを、信頼性の高い環境で効率的に行うことができます。また、メディアコンバータ機能を使ってPCと接続し、プロトコルアナライザと連携させたデバッグも頻繁に行われます。
まとめ
今後の自動車業界を見据えたとき、高速で高信頼性のIVNの要求が高まります。その信頼性を揺るがす最大の要因の一つが、電磁ノイズです。従来の機能確認のみのEMC試験では、ノイズ環境下での真の通信信頼性は保証できません。本記事で解説したように、これまでブラックボックスであったEMC試験中の通信品質をBERやSQIといった物理層の品質指標で可視化することが必須要件となりえます。FLTEK社の車載イーサネット通信品質測定器は、その独自の技術でこの要求に応えます。EMC試験を「適合性検証」から「品質向上のための診断ツール」へと変革するこのアプローチは、次世代自動車の品質と安全性を確保する上で不可欠です。
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引用文献
- Automotive Ethernet Market size to surpass $37.1 billion by 2037 – Research Nester,https://www.researchnester.com/reports/automotive-ethernet-market/5110
- Automotive Ethernet Market Size & Trends Forecast Report 2030 – Mordor Intelligence,https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/automotive-ethernet-market
- Automotive Ethernet Market Size, Share Growth Report 2035,https://www.marketresearchfuture.com/reports/automotive-ethernet-market-21944
- Technical Article – The Importance of Automotive Ethernet Standards – Texas Instruments,https://www.ti.com/lit/pdf/sszt731
- 10 Gigabit Ethernet – Wikipedia,https://en.wikipedia.org/wiki/10_Gigabit_Ethernet
- Multi Gig Ethernet: Enabler of next generation features – Ethernovia,https://www.ethernovia.com/blog/multi-gig-ethernet-enabler-of-next-generation-features/
- Quo vadis Automotive Ethernet? – dissecto GmbH,https://dissec.to/tech/automotive-ethernet/
- Signal Integrity Challenges in Autonomous Vehicle Control PCB Design – ALLPCB,https://www.allpcb.com/es-ES/blog/pcb-knowledge/signal-integrity-challenges-in-autonomous-vehicle-control-pcb-design.html
- How to Test Automotive Ethernet Channel Compliance – Keysight,https://www.keysight.com/us/en/solutions/validate-automotive-ethernet-channel-compliance.html
- Overcoming Challenges in Multigigabit Automotive Ethernet Testing | Keysight Blogs,https://www.keysight.com/blogs/en/inds/auto/overcoming-challenges-in-multigigabit-automotive-ethernet-transmitter-testing
- Automotive Ethernet | Tektronix,https://www.tek.com/en/solutions/industry/automotive-test-solutions/in-vehicle-networks/automotive-ethernet
- SIGNAL INTEGRITY HANDBOOK – Samtec,https://suddendocs.samtec.com/notesandwhitepapers/samtec-signal-integrity-handbook.pdf
- Automotive Ethernet Channel Testing Compliance Application – Keysight,https://www.keysight.com/us/en/about/newsroom/editorial-backgrounders/keysight-technologies-expands-automotive-portfolio-with-new-rada.html
- CISPR 25 • Automotive EMC • Electromagnetic Compatibility – Testups,https://www.testups.com/cispr-25/
- ISO 11452 – Automotive Component EMC Testing – TÜV SÜD,https://www.tuvsud.com/en-us/industries/mobility-and-automotive/automotive-and-oem/automotive-testing-solutions/emc/iso-11452
- EMC testing standards | Rohde & Schwarz,https://www.rohde-schwarz.com/sg/solutions/electronics-testing/emc-testing/emc-standards/emc-standards_253450.html
- Why EMC Testing is Crucial for Automotive Component Safety – TÜV SÜD,https://www.tuvsud.com/en-us/resource-centre/blogs/mobility-and-automotive/why-emc-testing-is-crucial-for-automotive-component-safety
- Verifying the Effect of ElectroMagnetic Noise on an In-Vehicle Ethernet Network,https://incompliancemag.com/verifying-the-effect-of-electromagnetic-noise-on-an-in-vehicle-ethernet-network/
- IEEE 100BASE-T1 EMC Test Specification for Transceivers – Open Alliance,https://opensig.org/wp-content/uploads/2024/01/OA-100Base-T1_Transceiver-EMC-Specification_v2.0.pdf