1부에서는 차폐 케이블이 전기장과 자기장으로부터 간섭을 피하는 원리를 다뤘습니다. 이제 더 실용적인 세부 사항을 살펴봅니다.
1부에서 설명했듯 매우 넓은 위협 주파수 범위에서 차폐가 효과적이어야 합니다. 고주파에서 차폐 케이블이 효과적이려면 차폐가 송신단과 수신단 양쪽에서 기준 극('0V' 등)에 직접 연결되어야 합니다.
피그테일(pigtail)로 차폐를 연결하면 차폐 내 노이즈 전류가 신호 회로에 노이즈 전압을 주입시켜 차폐 효과를 떨어뜨립니다. 진정한 갈바닉 절연 회로에서는 절연이 순환 및 피그테일로 흐르는 노이즈 전류를 최소화하므로 이는 중요하지 않을 수 있습니다. 그러나 일반적으로 피그테일은 최소화해야 합니다. 광대역 데이터 회로에서는 피그테일을 피해야 하며, 이는 케이블 차폐를 섀시나 기준점 또는 접지점에 직접 클램핑하여 달성할 수 있습니다.
케이블 차폐를 한쪽 끝만 연결하라는 가이드라인이 유통되고 있습니다. 위에서 봤듯 이는 차폐의 고주파 차폐 이점을 무력화합니다. 과거 이 가이드라인은 본질적으로 고주파 간섭에 면역인 단순한 전기 제어 회로에 적용되어 접지 루프를 피하기 위함이었습니다(아래 참조). 또한 전력 시스템 결함 전류가 케이블 차폐에 순환하는 것을 방지할 수 있지만, 이는 전력 시스템에서 적절한 등전위 본딩으로 달성되어야 합니다.
전력 분배 시스템에는 특정 애플리케이션에서 결함이나 낙뢰 시 접촉 전압 위험을 피하기 위해 전력 케이블 차폐를 양단에 연결하지 않아야 하는 경우가 있습니다(예: TT 배전 시스템). 이는 VSD의 모터 케이블에는 적용되지 않습니다.
신호 케이블이 건물 외부를 지나고 등전위 본딩 영역을 벗어날 때는 전기 결함과 낙뢰 시 잠재적으로 위험한 차동 접지 전위가 존재할 수 있으므로 안전을 고려해야 합니다.
그림 4: 단순 단일 종단 아날로그 인터페이스 연결
가장 단순한 아날로그 인터페이스는 그림 4와 같습니다. 많은 일반 애플리케이션에 적합합니다. 앞선 설명에서 이 배열의 약점을 볼 수 있는데, 높은 정밀도와 대역폭 제어가 필요하지 않은 곳에서는 수용 가능할 수 있습니다.
컨트롤러와 드라이브의 점선은 컨트롤러와 드라이브의 0V 연결이 보통 직접 의도적으로 접지되거나, 시스템 내 일부 장비가 내부적으로 0V와 접지를 연결했기 때문에 접지되어 있음을 나타냅니다. 이 경우 다음과 같은 소스에서 교란 위험이 있습니다:
정밀 아날로그 회로는 차동 입력을, 때로는 차동 출력을 제공합니다. 서보 드라이브나 신코스 샤프트 엔코더 같은 정밀 컨트롤러에 흔히 제공됩니다. 올바르게 사용하면 저주파 간섭을 훌륭하게 억제합니다. 차폐 케이블과 결합하면 전체 노이즈 스펙트럼에 대한 면역을 달성할 수 있습니다. 그림 5는 차동 아날로그 입력 사용법을 보여줍니다. 신호 코어는 일반적으로 트위스트 페어인데, 이는 두 도체 경로를 최대한 균형 있게 만들어 노이즈 내성을 더욱 향상시킵니다.
그림 5: 차동 아날로그 입력 연결
여기서는 단일 종단 컨트롤러 출력과 차동 입력이 있습니다. 차폐 케이블의 두 코어를 사용해 반전 입력을 컨트롤러 아날로그 출력의 기준 극에 직접 연결할 수 있습니다. 따라서 케이블 차폐에 유도된 저주파 전압은 입력에서 제거되면서, 차폐는 여전히 우수한 고주파 제거 기능을 제공합니다. 차동 입력은 대역폭을 넘어선 고주파에서 공통 모드 전압을 제거할 수 없는데, 바로 거기서 케이블 차폐가 가장 잘 작동합니다. 두 기법 결합으로 전체 스펙트럼에 대한 노이즈 제거가 가능합니다.
그림 4의 접지 클램프를 사용해 피그테일로 인한 고주파 노이즈 결합도 피할 수 있습니다.
컨트롤러도 차동 출력을 제공하면 AI- 코어를 컨트롤러의 0V 대신 AO- 단자에 연결할 수 있습니다. 특수한 경우는 컨트롤러가 '버추얼 어스' 출력을 제공하는 경우로, AO- 단자가 출력이 아닌 센스 입력입니다. 이 경우 AO- 라인은 양단 중 한쪽의 0V에 연결해야 하며, '플로팅' 상태로 두면 안 됩니다.
디지털 회로는 접지 루프로 인한 저레벨 저주파 오류 교란에 민감하지 않습니다. 데이터 링크의 고주파 간섭은 비트 에러를 일으키며 보통 감지되어 거부되지만, 너무 자주 발생하면 채널이 닫히거나 성능이 저하될 수 있습니다. 속도/위치 피드백용 샤프트 엔코더 회로는 고주파 노이즈가 있으면 노이즈와 진동을 일으키기 특히 쉽습니다. 두 경우 모두 케이블 차폐의 올바른 관리가 필수적입니다.
데이터 링크는 높은 비트 레이트를 사용하는 경우가 많습니다. 약 1Mb/s 이상에서는 데이터 오류를 피하기 위해 케이블이 특성 임피던스에 올바르게 종단되어야 합니다. 매칭을 유지하기 위해 노출된 케이블 코어 길이는 매우 짧게 허용됩니다.
기본 로컬 데이터 전송용으로 가장 널리 사용되는 디지털 인터페이스는 RS422와 RS485 표준 기반으로, 차동 송수신기를 가집니다. 케이블 유형은 직접 지정되지 않으며, 원칙적으로 올바른 특성 임피던스만 있으면 비차폐도 가능하지만 보통 차폐 케이블이 선호됩니다.
밸런스드 회로 사용으로 주입된 노이즈가 공통 모드(두 라인에 동일하게 영향)로 상당 부분 제거됩니다. 그러나 송수신기에는 공통 모드 범위 한계가 있어 노이즈 전압이 너무 높거나 너무 빠르게 변하거나, 비대칭으로 인해 공통 모드 노이즈가 직렬 모드로 결합되면 에러가 발생합니다. 대부분의 포트에 사용되는 표준 라인 드라이버 칩의 공통 모드 범위는 약 5V이며, 이를 초과하면 큰 에러가 발생합니다. 갈바닉 절연 포트로 이를 늘릴 수 있지만 비용이 듭니다.
그림 6은 기본 RS485 포트 연결 배치를 보여줍니다.
그림 6: 기본 RS485 데이터 연결(2 노드만 표시)
Control Techniques 장비에서는 그림 6과 같이 기준 단자가 '0V'로 표시됩니다. 다른 장비에서는 'G' 또는 'GND'(접지), 'SC'(차폐), '레퍼런스' 등으로 다양하게 불립니다. 때로는 연결되지 않거나 제공되지 않기도 합니다. 이는 짧은 링크나 포트에 잘 설계된 갈바닉 절연이 있는 경우 성공할 수 있습니다. 일반적으로 0V를 케이블 차폐에 연결하는 것이 훨씬 바람직합니다.
RS485는 다중 포트의 멀티드롭 연결을 허용합니다. 각 포트에서의 사소한 임피던스 불일치와 각 피그테일에서 주입된 노이즈 효과로 포트 수가 늘어날수록 교란에 점점 더 민감해집니다. Profibus 같은 고속 데이터 레이트를 사용하는 완전한 통신 프로토콜은 정의된 하드웨어를 사용하며, 이 경우 커넥터에서 케이블 차폐를 직접 클램핑해 피그테일을 피하고, 종단 임피던스 네트워크를 양단 끝 노드에만 연결하도록 요구합니다.
많은 산업용 커넥터는 고주파용이 아니었기 때문에 케이블 차폐 관리를 위한 적절한 조항 없이 설계되었습니다. 일반 애플리케이션에서는 커넥터 핀에 짧은 피그테일로 차폐를 연결하는 것이 보통 용인됩니다. 그러나 RF 커넥터에서처럼 차폐 연결을 커넥터 도전성 바디를 통해 통과시켜 신호 도체를 계속 감싸게 하는 것이 훨씬 바람직합니다. 신호 회로가 각각 피그테일 쌍을 가진 여러 커넥터를 통과하면 각 커넥터에서의 주입 노이즈가 누적됩니다.
차폐 연결 관리 방법 중 하나는 차폐들을 서로 또는 공통 금속 부품에 클램핑하는 것입니다. 이에 대한 하드웨어는 나사 단자 블록 공급업체에서 구할 수 있습니다. 아이디어는 그림 7에 나와 있습니다.
그림 7: 단자 블록 또는 커넥터에서 차폐 연결
클램프의 목적은 피그테일 차폐 연결을 피하고, 따라서 피그테일에 나타날 노이즈 전압 주입을 피하는 것입니다. 최소 스트레이 인덕턴스로 두 케이블 차폐를 연결합니다. 여기 단자에서의 작은 노출 비차폐 도체 영역은 피그테일보다 훨씬 덜 중요합니다. 이유는 비차폐 도체는 단자 근처의 전자기장에만 노출되는 반면, 피그테일은 차폐 케이블 전체 런을 따라 수집된 노이즈 전류를 흘리기 때문입니다.
보통 클램프는 접지된 금속 부품에 고정되지만, 이는 주로 안전 이유 때문입니다. EMC 이점은 두 케이블 차폐 간의 매우 낮은 인덕턴스 링크입니다.
이더넷은 위 모든 내용의 예외입니다. 최신 이더넷은 차폐 케이블이 필요하지 않으며, 매우 잘 밸런스된 비차폐 트위스트 페어 케이블과 갈바닉 절연된 밸런스드 트랜스포머 커플링에 의존하여 우수한 공통 모드 노이즈 내성을 제공합니다. 또한 멀티드롭 구조를 사용하지 않아 여러 노드에서 노이즈 전류 누적 경향도 피합니다.
그림 3의 저항 효과를 보았으므로 일부 애플리케이션에서 케이블 차폐를 양단에 연결하지 말라고 조언하는 이유를 이해할 수 있습니다. 차폐가 한쪽 끝에만 연결되면 차폐에 전류가 흐를 수 없으므로 오류 전압 IR이 나타나지 않습니다. 이 조언은 '접지 루프를 피하기 위해' 주어질 수 있습니다. 그러나 케이블은 모든 자기장 차폐 능력, 즉 고주파 차폐 능력을 잃게 됩니다. 이 조언은 다음이 모두 적용되는 매우 특정한 상황에서만 맞습니다:
이것의 가장 일반적인 경우는 아날로그 오디오 시스템으로, 작은 레벨의 상용 주파수 픽업도 성가신 '험'을 유발합니다. 서보 컨트롤러의 아날로그 인터페이스에도 적용될 수 있지만, 거기서는 위 설명대로 차동 인터페이스를 사용하는 것이 더 좋습니다.
이중 차폐 케이블은 특히 샤프트 엔코더 인터페이스에서 권장되는데, 일반적으로 3개의 데이터 밸런스드 페어가 페어별로 차폐되고, 일부 전력 코어가 있으며, 전체 차폐가 있습니다.
원칙적으로 각 데이터 페어당 하나의 차폐만 필요하며, 전체 차폐나 개별 차폐 중 하나일 수 있습니다. 그러나 이중 차폐 케이블의 이점은:
그림 8은 연결 방법을 보여줍니다(명확성을 위해 2채널만 표시).
그림 8: 이중 차폐 엔코더 케이블 연결
Henry W Ott: Electromagnetic compatibility engineering: Wiley: ISBN 978-0-470-18930-6
Tim Williams and Keith Armstrong: EMC for Systems & Installations: Newnes: ISBN 9780750641678
산업기술
사출 성형 부품을 설계할 때 부품 제조 후 마감 옵션을 적용해 기계적 물성 개선, 표면 마감 향상, 조립 공정 용이화, 부품 추가 맞춤화 등을 할 수 있습니다. 또 다른 이점은 프로토타이핑, 생산, 마감을 단일 디지털 제조 부품 공급업체를 통해 원스톱으로 해결할 수 있어 공급망을 간소화할 수 있다는 점입니다. 마감 및 착색제 맞춤 색상 매칭 (Custom Colorant Matching) 프로토랩스에서는 고객 제공 팬톤(Pantone) 번호와 고객 제공 부품 샘플로 맞춤 색상 매칭을 제공합니다. 색상 매칭 공정은 간단하고 빠릅니다
FFF 3D 프린팅의 다른 적층 제조 기술 대비 주요 제한 사항 중 하나는 각 층의 출력 영역이 이전 출력 층에 의해 지지되어야 한다는 점입니다. 이는 오버행이 45°를 초과하거나 10mm 이상의 브리지가 있는 모든 부품 부분에 서포트 구조가 필요함을 의미합니다. 싱글 익스트루더 FFF 3D 프린터에서는 서포트 구조 생성에 부품과 같은 출력 소재만 사용할 수 있습니다. 이 서포트는 출력 완료 후 기계적으로 제거해야 하며, 저밀도 구조로 만들거나 서포트와 부품 사이에 분리 층을 두는 등 제거를 용이하게 하는 다양한 전략이 사용됩니다.
