Apple充電器の無線干渉を取り除く
(substack.com/oh8hub)- 車載 MagSafe Charger の使用中、アマチュア無線機の2m帯 145MHz のスキャンが止まり、ノイズがスケルチを通過する干渉が発生
- ワイヤレス充電の 105–205kHz 信号と接続ケーブルが結合すると、ケーブルがアンテナのように動作して基本周波数と高調波を放射する可能性がある
- 干渉は145MHzだけでなく 航空周波数帯の約124MHz でも観測され、VHF無線の利用者に影響する可能性がある
- 対策実験では mix 31 のスナップオンフェライト をUSBケーブルに巻いて減衰を加える方式を採用し、使用部品はFair-Rite 0431167281、価格は2.21€だった
- ケーブルを 3回巻いた構成 では携帯型無線機で問題が再現しなかったが、40€の製品を買った後に別部品で補う必要がある点は不満として残った
車内で明らかになったVHF干渉
- Apple MagSafe Charger を車載ホルダーに取り付け、ワイヤレス充電とナビゲーションを同時に使おうとした状況で問題が発生
- 車内のアマチュア無線ハンディトランシーバーが地域周波数をモニターしている最中、2m帯 145MHz でスキャンが止まり、強いノイズがスケルチを通過
- 類似の無線干渉は 航空周波数の約124MHz でも観測された
- Apple MagSafe および Qi充電仕様を実装した製品は、コイルに 105–205kHz の高周波信号を流して磁場を作り、充電対象機器がこれを電力に変換する方式
- このとき接続ケーブルが アンテナ のように動作すると、基本周波数と複数の高調波が放射される可能性がある
フェライトで減衰させた実験
- 最善の解決策はメーカーが製品段階で干渉を適切に 遮蔽 することだが、すでに購入した製品に対してはケーブル側に減衰を追加する方法が試された
- 実験方法は、問題となる線を適切に選んだ フェライトビーズ に巻き付けて干渉を減らすというもの
- 使用部品は Fair-Rite snap-on ferrite 0431167281 で、mix 31 材質、価格は2.21€だった
- 選定基準は、問題となった 145MHz 付近でインピーダンスが高い製品かどうかだった
- データシートのグラフで100–200MHz、特に145MHz付近を確認
- N=1、N=2、N=3 はフェライトにケーブルを巻いた回数を意味し、実験では 3回巻き を使用
- ケーブルは5回まで巻けたが、余る長さが短くなるため3回巻く構成が選ばれた
- データシート基準では145MHz付近のインピーダンスは急速に下がる区間にあるが、それでも約 1000Ω 水準であり、メーカー仕様を信じるなら2回巻きでも十分かもしれない
- 実験後、携帯型無線機では問題が再現されなくなり、比較スクリーンショットでも最大のスパイクが低下した
- 40€の製品を買った後で2€超の部品で補わなければならない点は残っており、Appleならもっと安価で目立たない方法で解決できたはずだという不満が続く
- この対策が充電器の 効率 を変えるかどうかは確認されていない
1件のコメント
Hacker News のコメント
この無線干渉が航空周波数帯（約124MHz）にも出ていたのだとしたら、この製品がどうやって FCC 認証を取得できたのか気になる
FCC 認証番号が何か、誰が試験したのか調べてみたい
RF が充電器の外に出て USB ケーブルに入っていたなら、設計がかなり悪い。USB ケーブルの電源は直流なので、意味のある RF 成分はないはずで、電源部にはそれを処理するためのフェライトビーズとコンデンサがあるべき
フィルタリングがスイッチング電源部の近くにあれば、ノイズははるかに扱いやすく、表面実装の小さなフェライトビーズでもたいてい十分。いったん外部配線に出てしまうと、フィルタリングは難しくなる
Apple にとっては昔からある問題。2013年には、航空機内で iPad を充電していたパイロットからの報告もあった: https://pointsforpilots.blogspot.com/2013/06/radio-interfere...
充電器は無線機にかなり近かったのだろうし、自由空間経路損失は距離の2乗に反比例するので、ごく短い距離だけ離れても実質的に無視できるようになる
アンテナが充電器の近く、例えばこの場合の1波長である 2m 以内にあるなら、近傍界の中にある可能性もある。そうなると、遠方界までは届かない電力が追加で伝わり、結合によって機器の動作自体にも影響することがある
FCC レポートを見ると、放射エミッションは FCC Class B の要求事項と完全に一致している
現代のアマチュア無線機器は受信機が極めて高感度なので、Part 15 に完全準拠しているデジタル機器からでも、あらゆる干渉がよく聞こえる。スイッチング電源がほぼ everywhere に広がったことで、田舎でない地域では HF 無線が実質的に使えなくなった人も多い
レポートを全部読んだわけでもないし、RF の専門知識もない
かなり悪い。Apple の電源アダプタは通常 Delta が作っていると理解していて、あそこは最上級なのでなおさら不思議
この機器のように直流でスイッチングが起きると、立ち上がり・立ち下がり時間ごとに非常に高い周波数成分が生じる。周期やスイッチング周波数よりはるかに速い成分で、重要なのはどれだけ速く立ち上がり・立ち下がりするか
インダクタンスのあるものを高速にスイッチングすれば RF が生じる
はるかに良い選択肢は変圧器入りのリニア電源で、そのためずっと重い
無線アマチュアなら、何かにチョークを付ける必要があったのが初めてというのはかなり驚き
HF をあまり使っていないように見える。よく使っていたなら、たぶんフェライトを袋いっぱい買っていたはず
MagSafe 充電器自体が本当にひどい可能性もあるが、コンピュータや粗悪な充電器に挿していたなら、単にコンピュータからケーブルを伝って出てきた無線周波数干渉である可能性も高い
私の無線室では USB 機器が最悪の原因。ほとんどの USB ケーブルは完全に冗談のような代物
20m 帯で送信すると、昔の LiftMaster のガレージドアが時々開いた。すべてのケーブルにフェライトを巻いてからようやく止まった
写真には MagSafe パックのように見えるものに、なぜか黒いプラスチック片がはめ込まれた物が写っている
本当に純正 MagSafe パックなのか確かなのか？ 記事ではそれを確認していなかった
残念ながら Apple 製品のコピー品は、特に Amazon ではあまりにも一般的。自分で信頼できる販売元から買ったのでなければ、偽物である可能性はかなりある。小さな白い充電器ブリックも大量にコピーされている。Apple の価格を考えると、偽造業者には利益が大きい
Apple の普段のエンジニアリング品質を考えると、それが第一の推測。あるいは Bloggie が推測したように電源が問題なのかもしれない
原因を見つけ、単純なフェライトビーズで解決したという点は興味深い
しかし MagSafe パックのような製品に偽物がないはずがないと思う。その可能性を排除せずに、ただ「ゴミ」と断定するのは不公平に見える
元記事の筆者は OH のコールサインから見るとフィンランド人のようで、そちらの規制当局は安価な電子機器がアマチュア帯に生む干渉を気にするのかもしれない
同じアマチュア無線家として、FCC はこうした機器がアマチュアだけに問題を起こす場合、干渉を気にしないと断言できる
安価なスイッチング電源や他の機器を実際に全部試験すれば、RF の観点で静か、あるいは基準に準拠している製品はほとんどないだろう
ただし一般大衆の大多数はこういうものの影響を受けないので、実際に何かを変えさせる利害関係者集団がない
ただし、この機器が公式の限度に違反しているとは思わない。書き手の問題は、許容限度よりはるかに静かな機器が必要だということ
市販の電源の「ほぼ全部」が実際には基準を守っていないという意味なら、それは間違い。適合性試験をかなりやったことがあるが、基準を満たさないランダムな電源を見つけられるのは確かでも、全員が試験結果を操作して認証を偽って通しているわけではない。実際に試験は行われている
あれはMagSafe充電器ではないように思う。USB-C NFC充電器だ
あらゆる面でひどいことを示すのは構わないが、MagSafeと関係があると認める必要はない。Apple風に仕立てたQi充電器に近い
https://en.wikipedia.org/wiki/MagSafe_(wireless_charger)
以前はノートPCを充電するものだけを指していたが、今はiPhoneの背面にこの目的のための磁石リングがあるので、MagSafe iPhone充電器もある
この流れに関連して、Mac Studioには電源を差し込むときに大きな突入電流が発生する問題がある
電源コネクタで家庭用30mA RCDが落ちるほど激しくアークが飛び、複数の機器や、自宅・オフィスの別々の電気回路で再現している
RCD部分は、ライブ線と接地の間にかなりの電流が流れたときだけ動作し、通常は30mA超だ。特殊な装置ではもっと低いこともあり、上位のRCDではもっと高いこともある。ライブ線と中性線の間を流れる電流はまったく気にしない
ただし突入電流は、バッファコンデンサが十分に大きいと、多くのRCDにも一緒に入っている過電流保護を動作させることがある。この保護は古くなるほど敏感になりがちで、古い遮断器でよくある問題だ
ほかに動作し得る装置としてアーク故障検出装置がある。AFDDはかなり新しく、多くの電気規則ではまだ必須ではないが、予算があるなら分電盤をアップグレードするとよい。こうした装置は命を救う
よくある問題のようで、これで安心した
電子工学には詳しくないのだが、これが一種の欠陥なのか、電源装置の設計が悪いのか気になる
学部の電気電子工学のキャップストーン授業で似た問題があった。マイクロコントローラへのシリアル接続に、ランダムなゴミデータが入り続けていた
ある時ノートPCを移動したら止まった
充電ケーブルがシリアルバス配線の上を通っていて、調べてみるとAppleの充電器はノートPCとシリアルプロトコルで通信していた。私たちはクロストークを受けていたのだ
何年か前に、Steve Jobsはケーブルにチョークを付けることを許さなかったと聞いた。見た目が悪いからだったという
Appleが存在する限り続いている持病のような問題だったのではないか？
アマチュア無線家がどこかで製品を使うかもしれないという理由で、すべてのケーブルに追加のチョークを付けてほしいのか？
この筆者は、デバイスがFCCの上限を破っていると言っているのではなく、非常に敏感なラジオが拾える程度に放射していると言っているのだ
上限を満たす製品を売っている会社に怒るのは合理的ではない。この人は公式の上限より低いレベルを望んだだけで、すぐ横でその周波数にラジオを合わせていたのだ
以前Broadcomで働いていたとき、同僚にちょっとしたデモを見せたことがある
USB-シリアルドングルから組み込みボードまで長いシリアル線を机の上に這わせ、その線がLCDモニターの下を通っていた。モニターには奇妙な縞模様とノイズが見えていた
デモは「このフェライトビーズをシリアルケーブルに挟むと、モニターのアーティファクトが消えるのを見てほしい」というものだった
これがApple製品のせいで起きたという元記事の仮定は間違っているかもしれない
放射は、電源機器のノイズがケーブルに沿って伝播した結果かもしれない。Apple製品が作る負荷によって、電源機器がその周波数でノイズを放射するようになった可能性もある
Appleはたいていやるべきことをきちんとやっている