EMC(Electro Magnetic Compatibility)의 정의
EMC (Electro Magnetic Compatibility)
EMC 란, 전자장 환경에서 전기기기에 전원을 인가했을 때
전자기적 노이즈 현상에 관한 적합성 이다
예로 고층빌딩, 송전선, 고가교탑 등으로부터 반사되는 전파에 의한 고스트 발생,
정보통신 네트워크에서 도시전파 잡음에 의한 오동작,
사람을 비롯한 생물체에 미치는 생체장해(hazard) 등
이들 불요 전자 에너지의 방사원에 대한 대책만이 아니라 장해를 받는 쪽도
내방해파특성(immunity)의 강화책을 강구를 실시해 조화 있는 해결책을 탐구하는 것을 바탕으로
전자기적양립성(EMC) 이란 개념이 생겨났다
즉, EMC란 내성(Immunity)을 향상해
감수성(Susceptibility)을 저하시키는 것이다.
EMC의 분류
- EMC (Electro Magnetic Compatibility)
전자파를 보내는 송신부, 전자파를 받는 수신부 양쪽 모두에 적용하여
전자기기나 전자부품 그리고 PCB 설계가 전자파의 발생을 일으키지 않도록 하는 능력이다.
- EMI (Eletro Magnetic interface)
전자기기나 전자부품 PCB가 전자파를 외부로 방출 하여 복사, 전도의 형태로
다른 전자기기, 부품 그리고 PCB에 장해를 일으키게 하는 것을 말한다
- EMS (Electro Magnetic Compatibility)
전자기기, 부품 그리고 PCB 등이 여러가지 전자파 방해로부터 견딜 수 있는
능력 의 정도이다
EMC (Electro Magnetic Compatibility) 발생의 문제
- EMC 문제
PCB의 고속화, 소형화, 경량화 등 요즘 추세에 따라 전자파가
방출되는 현상이 두드러지게 확장되고 유의가 된다
이로, 전자파와 인접해 있는 다양한 제품들이 오작동을 유발하는데
이는 인명과 재산의 피해로 이어지게 된다
- 전자파 규제의 목적
전자기기 자체나, 전자기기 상호 간에 대한 장해와
오동작을 방지하는데 목적을 둔다
방송신호 등 유무선 통신망의 보호, EMC 사고로부터 인명이나
재산을 보호하기 위해 전자파 규제를 한다
- 노이즈(Noise) 발생원
노이즈 종류에는 자연 노이즈(Natural Noise), 인공 노이즈(Man-made Noise) 가 있다
자연 노이즈는 낙뢰, 대기 노이즈, 전리층 잡음, 정전기 방전 등이 있고
인공노이즈는 방사 노이즈, 전도노이즈가 있다
→ 전도노이즈에는 공통모드 노이즈(Common Made Noise, CM)
차동모드 노이즈(Differential Made Noise, DM) 이 있다
PCB에서 Noise가 발생하는 부분은 전압이나 전류가 갑자기 변화하는 곳에서 발생한다
EMC(Electro Magnetic Compatibility) 대책 수립의 절차
EMC 대책의 개요
전문적인 기술, 지식 그리고 폭넓은 경험과 바탕이 필요하다
제품의 설계 및 개발에 있어서 많은 시간 비용이 요구 된다
EMC 대책을 위해서는 개발초기서부터 제품의 사양에 따른
다양한 EMC 대책을 수립해야만 한다
사전에 전기적 특성을 고려한 회로 구별, 요구되는 규격 스펙 등
EMC 대책을 설계 단계에서부터 고려해야 한다
각국의 규격이나 시험의 항목별로 분류해 실제 제품의
적합성을 평가하여 측정 및 평가 단계를 거친다
제품의 시험과정에서 나타난 문제점을 점검하여야 한다
문제점을 분석과 검토를 통해 EMC 대책을 수립한다
EMC 설계 대책
- 전자기기에 발생하는 전자파(Electromagnetic Wave) 의 종류
모든 전자기기는 기기의 내부에 Noise의 발생원을 지니고 있다
외부와 접촉하는 도선은 송신 안테나로 작용하여 다른 기기에
전자파를 방사(RE, Radiated Emission) 하거나
혹은 전도(CE, Conducted Emission) 시킨다
- 전자파 (Electromagnetic Wave) 의 발생 부분
- 전자기기 내부에 있는 전자파 발생원으로부터의 방사
- 안테나를 통한 방사
- 공급하는 전원 라인이나 신호 라인으로부터 발생하는 전도
- 외부의 전자기기로 신호를 주고받는 신호 라인에서 발생
위의, 전자파 (Electromagnetic Wave) 의 발생 부분에 따른 대책으로
제품 내부의 전자파 Noise는 직접 전자파를 방사하거나
제품의 케이스(Case) 의 차폐 성능 검토하거나 그라운드를 점검한다
안테나를 통한 방사는 국부적으로 발진하는 성능을 점검
그라운드를 재확인하고 직접 전자파를 방사한다
전원 라인은 적절한 필터(Filter) 를 설계하거나 실딩(Shielding) 으로 감싼다
신호 라인은 중요 신호 라인, 일반 신호 라인 간의 간격을 분리해야 한다
고속 신호 라인의 경우에는 임피던스를 매칭시켜야 한다
EMC 설계 단계별 고려사항
제품 내부의 배치 검토
노이즈에 민감한 부품, 열에 취약한 부품, 고속신호용 부품 등을
우선적으로 배치하고 다른 부품과 충분한 이격거리를 확보 해야 한다
제품의 사양(주파수, 전압, 전류) 에 따른 배치가 이루어져야 한다
회로의 특성을 충분히 파악하고 있어야 한다
아날로그 회로와 디지털 회로를 적절히 분리해야 하고
각 회로 사이에 그라운드(Ground) 삽입을 고려해야 한다
→ 성질이 다른 회로는 각각의 그라운드 사용
방사 노이즈 (Radiated Emission, RE) 대책
제품의 외곽은 금속, 알류미늄 포일 등으로 감싼다
신호 라인의 경우 외부와 연결되는 Cable을 실드(Shield) 로 강화한다
아날로그 신호 라인의 경우에는 실드 라인을 사용하고
고주파 신호 라인의 경우에는 동축 케이블(Coaxial Cable)을 사용한다
신호 라인 간 크로스토크(Crosstalk) 를 방지하기 위해 신호 라인 사이
그라운드 패턴을 삽입 하여 Noise를 감소시킨다
성질이 서로 다른 회로에서 각각의 충분한 그라운드를 보강 하여
방사 노이즈(RE) 를 억제한다
전도 노이즈 (Conducted Emission, CE) 대책
전원 라인에 적절한 필터를 삽입 하여 전원에서 발생하는 Noise 를 줄인다
신호 라인에 적절한 라인 필터를 삽입 하여 전원에서 발생하는 Nosie 를 줄인다
Lay out 설정 (OrCad)
층 수 결정
- 2층 배열 구조
PADS 사에서 제공하는 기본의 층수는 양면기판(2층) 이다
- 4층 배열 구조
4층 설정 방법
[ 메뉴 ] → [PADS Layout] → [Setup] → [Layout Definition] → [Layer Setup]
그라운드(Ground) 및 파워 색깔 지정
[ 메뉴 ] → [PADS Layout] → [View] → [Nets] → [View Nets]
Net List 에서 "GND"를 선택하고
"ADD>>" 버튼을 누르면 오른쪽으로 "GND"가 이동된다
→ "VCC" 도 추가한다
색깔 지정은 어느 것을 해도 무방하다
GND는 빨간색, VCC는 파란색으로 지정한다
- 그라운드 및 파워 색깔 지정 이유
그라운드 및 파워 라인은 대체로 계획적으로 형성하기 때문에 중요한
신호 라인이나 일반 신호 라인을 Lay out 설계 후, 마지막으로 설계하는 경우가 많다
중요신호 라인이나 일반 신호 라인의 원활한 라우팅을 위해서
그라운드 및 파워 라인을 보이지 않도록 하는 것이 유리하다
특별히 관리해야 할 라인이 있을 시 별도의 색깔을 지정하는 것이
신호의 간섭을 최소화할 수 있다
Clearance 설정
[PADS Layout] → [Setup] → [Design Rules]
Pad, Via, Pattern 등 상호 간격을 8 [mils]
하기로 설게 한 경우 "All" 기능을 사용한다
- PCB에서 Clearance 필요 이유
Clearance는 물체 간의 간격을 말하고,
전기적 특성에 크게 영향을 미치는 Pad, Via, Pattern 등의
상호 간에 일정한 간격을 유지하기 위해 사용한다
신호 라인 간의 간격 협소 로 간섭이 발생하는데,
신호 라인이 근접하게 설계되었다면, 전자기적 간섭으로 인해 불필요한 성분이 Noise로 발전한다
회로특성을 고려하여 Clearance 를 미리 설정해 놓는다면
이러한 Noise 발생을 억제하고, PCB의 고유 기능을 유지할 수 있다
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