EMC環境下でのSQI/BER測定：FLTEK社が提供する解決策

100BASE-T1のEMC試験で基準を満たした設計手法が、そのまま1000BASE-T1でも通用するとお考えではないでしょうか。従来のオシロスコープを用いた物理的な波形評価だけでは、通信データの品質劣化を正確に捉えることが難しくなっています。本記事では、過酷なノイズ環境下でもリアルタイムに通信品質を評価し、開発を効率化するFLTEK社の技術について詳しく解説します。

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1. SDVとゾーン型アーキテクチャが牽引する車載イーサネットの進化

1.1. ドメイン型からゾーン型への構造的な転換

自動車産業は現在、大きな変革期を迎えています。その中心にあるのが、ソフトウェアによって自動車の価値や機能が継続的に更新される「SDV（Software Defined Vehicle）」という概念です¹。この進化を実現するため、車載ネットワークの構造そのものが根本から見直されています。これまで主流であった、パワートレインやボディといった機能ごとに電子制御ユニット（ECU）を束ねる「ドメイン型アーキテクチャ」は、システムの複雑化とワイヤーハーネスの重量増加という物理的な限界に達しました¹。

それに代わって導入が進んでいるのが「ゾーン型アーキテクチャ」です。これは、車両の「フロント右」「リア左」といった物理的な配置（ゾーン）ごとにECUやセンサーを集約し、それらの中央を高性能なセントラルコンピューターで統括する仕組みです¹。このアーキテクチャの移行により、車内配線の大幅な削減と軽量化が可能になる一方で、ゾーン間の基幹通信網には極めて高い通信性能が求められるようになります¹。

1.2. 高速・大容量通信を支える車載イーサネットの役割

ゾーン型アーキテクチャにおいて基幹システムを担うのが、車載イーサネットです¹。高度な自動運転技術（ADAS）や高精細カメラ、LiDARなどのセンサー群が生み出す膨大なデータは、従来のCANやLINといった低速ネットワークでは処理しきれません¹。車載イーサネットは一部の高級車向けの技術ではなく、量産車の標準インフラへと移行しており、2030年には車載イーサネット搭載車両が4,500万台に達すると予測されています²。

現在、通信速度も100BASE-T1（100Mbps）から1000BASE-T1（1Gbps）、さらにはそれ以上のマルチギガ（2.5G, 5G, 10G+）へと急激な進化を遂げています¹。人命を預かる安全装備のデータ通信においては、ノイズによるデータ消失や通信の切断は一切許されません。高速性と安全性を両立させるため、物理層（PHY）のみならず、上位のソフトウェア層までシステム全体としての厳密な要件策定が進められているのです¹。

2. なぜ今、車載イーサネットにおけるEMC試験が「開発の課題」なのか

2.1. 通信の高速化に伴う放射ノイズと耐性の低下

車載ネットワークの高速化は、開発現場に「電磁両立性（EMC）」という重大な技術的課題をもたらしています。通信速度が向上し、信号の周波数帯域が上昇するにつれて、機器自体が外部へノイズを放射してしまう「エミッション（妨害波放射）」のリスクと、外部からのノイズによって機器が誤動作を起こす「イミュニティ（電磁耐性）」のリスクが大きく増加するからです¹。

特に車載環境は、限られた空間内にモーターやインバーター、多数のECUが密集し、互いに電磁干渉を及ぼし合う過酷な環境です。周波数が高くなればなるほど、通信ケーブル自体が電磁波を放射・受信しやすくなり、予期せぬノイズの影響を引き起こす原因となります¹。

2.2. 車載特有の厳しいEMC基準と開発の手戻りリスク

さらに設計担当者を悩ませるのが、自動車業界特有の極めて厳しいEMC基準です。スマートフォンやPCといった一般向けの電子機器とは比較にならないほど厳格な国際規格（CISPR25など）や、各自動車メーカーが独自に定める厳しい制限値を満たさなければなりません¹。車載機器の不具合は安全性に直結するため、この基準には妥協が許されないのです。

開発現場の現状として、車載イーサネット導入におけるトラブルの大部分は、このEMCに起因しています¹。もし試作機が完成した後の電波暗室でのEMC試験で不合格となれば、原因究明のための再試験、ノイズ対策部品の追加、最悪の場合は基板設計のやり直しといった深刻な「設計の手戻り」が発生します²。これは量産スケジュールに致命的な遅延をもたらし、開発コストを大きく圧迫する要因となっているのではないでしょうか。

3. 規格ごとのEMC耐性の違い（100BASE-T1と1000BASE-T1の比較）

3.1. 100BASE-T1における対策手法の限界

普及が進んでいる100BASE-T1では、差動信号のバランス崩れ（モード変換）によるノイズ発生が主な課題でした¹。しかし、現在では業界全体で多くの知見が蓄積されており、効果的なフィルタリング技術や対策部品が広く提供されています¹。

3.2. 1000BASE-T1が直面する高周波ノイズの課題

発展期にある1000BASE-T1は、600MHz以上という非常に高い周波数帯域を使用します¹。この高周波領域では、100BASE-T1で有効であった従来のフィルタやコモンモードチョークコイルではノイズを抑制しきれないという技術的限界に直面します¹。

4. 次世代エッジネットワーク「10BASE-T1S」の実装課題と展望

4.1. マルチドロップ接続がもたらす省配線化の利点

高速な基幹通信とは一方で、車両の末端（エッジ領域）のネットワークとして注目を集めているのが「10BASE-T1S」です²。これは10Mbpsのイーサネット規格ですが、最大の特徴は1本のケーブルに複数のECUやセンサーを接続できる「マルチドロップ（バス型）接続」をサポートしている点です¹。

4.2. 分岐配線と反射ノイズ、選択的起動の技術的課題

しかし、10BASE-T1Sの実装にも特有の課題が存在します。マルチドロップ接続では、主となる配線から各機器へと分岐する配線（スタブ）が生じます。この分岐配線が長くなると、通信信号の反射が発生し、波形が乱れてノイズ源となることが判明しています²。この物理的な制約に対し、どのような接続構成を組むべきか、厳密なEMC設計が求められます。

また、省電力化のための「選択的起動（Selective Wake-up）」の実装も複雑です¹。1本のケーブルにすべての機器が繋がっている状態から、必要な機器だけを選択して起動させるための高度な制御が必要となり、物理層からソフトウェア層に至るまでのシステム統合が急務となっています¹。

5. 従来の波形評価の限界と通信データ品質（BER/SQI）の重要性

5.1. オシロスコープ等による物理的な波形観測の限界

開発現場でEMC対策を行う際、従来はオシロスコープを用いて物理的な電圧波形やノイズの周波数成分を観測するのが一般的でした。しかし、通信の高速化により、伝送路の物理的な波形を観測するだけでは、実際の「通信データの品質」を正確に評価できなくなってきているのが実情です。

高度な信号処理機能を備えた次世代イーサネットでは、ノイズの影響を大きく受けている波形であっても、通信チップ内部のデジタル補正によって通信自体は成立していることがあります。逆に言えば、過酷なEMC試験中にノイズによってデータ消失がいつ発生するのかを、オシロスコープの測定だけで正確に捉えることは極めて困難なのです。

5.2. EMC環境下におけるSQI/BERのリアルタイム監視

そこで不可欠となるのが、物理層の通信品質を直接的かつ定量的に評価する手法です。具体的には、通信チップが算出する「信号品質指標（SQI）」や、実際の通信エラー率を示す「ビットエラーレート（BER）」を継続的に監視する方法です³。

電波暗室で測定対象物に強力なノイズを照射している最中に、SQIがどのように変動し、どの段階でBERが悪化するのかをリアルタイムに可視化できれば、対策すべきポイントが明確になります。しかし、これを実現するためには、試験環境内に配置する「測定器自体」が、強烈な電磁ノイズに耐え、かつ自らがノイズを放射しないという相反する要件を満たさなければなりませんでした。

6. FLTEK社のソリューション：EMC環境下でのリアルタイム測定

6.1. 測定器自体がノイズ源にならない設計（バッテリ駆動と光ファイバ）

この開発現場の課題に対し、具体的な解決策を提供しているのが、株式会社ファストリンクテック（FLTEK）の車載イーサネット通信品質測定器「BR-1000A-IP」です³。

EMC試験において避けるべきは、測定用ケーブルや外部電源ケーブルがノイズを放射・受信してしまうことです。FLTEK社の測定用デバイス（PHY-BOX）は、外部電源を一切必要としない長時間のバッテリ駆動を実現しています³。

さらに、電波暗室内に置かれるデバイスと、暗室外の操作用タブレットとの間は、最長50mの「光ファイバ」で接続されます³。光ファイバは電磁的影響を受けないため、操作側と試験対象側が電気的に完全に絶縁されます³。これにより、測定機器から混入するノイズを排除し、純粋な対象物の性能だけを評価することが可能となります。

6.2. アルミダイキャストケースと各種EMC試験（BCI・CISPR25）への適合

さらに、デバイスの筐体自体もノイズ対策が徹底されています。堅牢なアルミ削り出しケースを採用することで、強力な外部ノイズを遮断し、同時に内部からの放射ノイズも封じ込めています。

7. 手戻りを防ぐ検証体制とテスト環境の統合管理

7.1. 設計初期段階からの検証（フロントローディング）の重要性

設計完了後の手戻りによるコスト増やスケジュール遅延を防ぐためには、試作機が完成してからノイズ対策を行う事後対応ではなく、設計初期段階から検証を行う「フロントローディング」のアプローチが不可欠です¹。

部品の選定段階から、信頼できる測定器を用いて単体テストを徹底することが重要です¹。実際の試験を通じて得られたSQIやBERのデータを設計部門へフィードバックすることで、確実な量産化への計画を立てることができます¹。

よくある質問（Q&A）

Q1. 従来のオシロスコープを使った波形評価と何が違うのでしょうか？

A. オシロスコープは物理的な電圧波形を観測するのに優れていますが、高度なデジタル補正機能を持つ次世代イーサネットにおいて、ノイズが実際の通信データにどれだけ影響を与えているかを直接測ることは困難です。FLTEK社のソリューションでは、通信チップ自体が検知するSQI（信号品質指標）やBER（ビットエラーレート）を監視するため、ノイズによるデータ消失などの品質劣化をリアルタイムかつ定量的に把握できる点が大きな違いです。

Q2. 電波暗室に測定器を入れると、測定器自体がノイズを放射しませんか？

A. その課題を解決した点が本製品の最大の強みです。測定用デバイスはバッテリ駆動により外部電源ケーブルを不要とし、暗室外の操作端末とは光ファイバで接続されるため、電気的に完全に絶縁されます。さらに筐体には堅牢なアルミ削り出しケースを採用しており、自らがノイズを出さず、外部ノイズにも耐える設計（CISPR25 Class5やBCI試験に適合）となっています。

まとめ

SDV化やゾーン型アーキテクチャへの移行に伴い、車載イーサネットは次世代自動車に不可欠な通信インフラとなりました。しかし、1000BASE-T1をはじめとする通信の高速化は新たなEMC課題を引き起こし、従来のアナログ的な波形評価だけではデータ品質を完全に保証することは困難です。設計の手戻りを防ぐためには、ノイズ環境下でもリアルタイムにSQIやBERを監視できるテスト環境が必要です。FLTEK社のソリューションは、バッテリ駆動と光ファイバによる電気的絶縁によって、測定器自体がノイズ源になるという課題を克服しました。論理的かつ効率的なフロントローディングを実現するパートナーとして、同社の技術は開発現場の大きな助けとなるでしょう。

引用文献

1. Automotive_Ethernet_SDV_EMC_Roadmap.pdf
2. 車載イーサネット_実装戦略とノイズ対策.pdf
3. 車載イーサネット 通信品質測定器 – 株式会社ファストリンクテック（FLTEK）, 3月 24, 2026にアクセス https://fltek.jp/wp-content/uploads/2024/12/FLTEK_BR-1000A_brochure_rev3.2.pdf
4. Complete Guide to Data Center Simulation and Testing, 3月 24, 2026にアクセス https://www.opal-rt.com/blog/complete-guide-to-data-center-simulation-and-testing/