전자 장치 PCB 설계에서 효과적인 EMC 전략

IC(집적 회로) 설계 및 제조 지속 가능한 발전에서 신호 전송 지연과 노이즈 같은 일부 문제 부각이 신호 무결성에 영향을 미칩니다. 따라서 PCB 설계 과정에서 이러한 문제들에 충분한 주의를 기울여야 하며 전자 제품 공정 흐름(시험 생산 및 제조 단계 등)을 감독해야 합니다. 또한 전통적 설계 모듈 하에서 이러한 부각된 문제들을 해결하고 EMC(전자파 적합성) 기술 합리적 적용을 실현하기 위해 PCB 설계가 개선되어야 합니다. 이 글은 주로 전자 장치 PCB 설계에서 EMC 기술 적용 전략을 논의합니다.

EMC 개요와 문제들

EMC는 장치나 시스템이 전자파 간섭에 의해 방해받지 않고 정상 작동할 수 있고 회로 환경 내 어떤 부분에도 전자파 교란을 제공하지 않는 능력 유형을 의미합니다.

전자 장치 PCB 설계 시 신호 간섭 문제는 신호 교란 소스 다양성으로 보통 발생합니다. 따라서 신호 전송 과정에서 격리, 여과, 차폐, 접지 기능의 EMC 기술이 전체 PCB 설계 수준 향상에 도움이 됩니다.

EMC 기술 적용 과정에서 전체 적용 효과를 높이기 위해 부품 품질을 테스트해야 합니다. 구체적으로 EMC 시스템 구축 과정에서 EMC 기술 관련 부품들은 실험적 접근으로 내전압 능력과 용량 측면에서 테스트되어야 합니다. 동시에 실험 검사 과정에서 부각된 문제 무결성과 부품 적용 과정에서 적절한 처리에 주의해야 합니다.

PCB 설계에서 주요 EMC 문제에는 전도 간섭, 크로스토크 간섭, 복사 간섭이 포함됩니다.

전도 간섭(Conduction Interference)

전도 간섭은 리드 디커플링과 공통 모드 임피던스 디커플링을 통해 다른 회로에 영향을 미칩니다. 예를 들어 노이즈가 전원 회로를 통해 시스템에 진입하면 지원 회로들이 노이즈에 의해 영향을 받습니다.

그림 1은 공통 모드 임피던스를 통한 노이즈 디커플링을 보여줍니다. 회로 1과 회로 2 모두 동일한 리드를 통해 전원 전압과 그라운드 루프를 얻습니다. 두 회로 중 하나 전압이 갑자기 상승해야 하면 공통 전원과 두 루프 간 임피던스 때문에 다른 회로 전압이 감소합니다.

크로스토크 간섭(Crosstalk Interference)

크로스토크 간섭은 한 신호 라인에서 인접 신호 라인으로 간섭을 의미하며, 보통 인접 회로와 도체에서 발생하고 회로와 도체 간 상호 정전용량과 상호 임피던스 특성을 가집니다. 예를 들어 PCB上の 스트립 라인에 저레벨 신호가 있고 병렬 와이어가 10cm보다 길면 크로스토크 발생합니다. 크로스토크는 전기장(상호 정전용량)이나 자기장(상호 임피던스)에 의해 유발될 수 있으므로, 제1로 어떤 디커플링이 주요 역할을 하는지 결정해야 합니다: 전기장(상호 정전용량) 디커플링인가 자기장(상호 임피던스) 디커플링인가. 전원 임피던스와 수신기 임피던스 곱을 참조로 삼을 수 있으며, 이는 회로 간 구성과 주파수에 의존합니다.

복사 간섭(Radiation Interference)

복사 간섭은 자유 전자기파 방출에 의해 유발된 간섭을 의미합니다. PCB 복사 간섭은 케이블과 내부 라인 간 공통 모드 복사 간섭을 의미합니다. 전자기파가 전송 라인에 비추면 전기장에서 라인으로 디커플링 문제가 발생하며 분포된 작은 전압 소스들이 CM(공통 모드)과 DM(차동 모드)으로 분류됩니다. CM 전류는 거의 동등한 진폭과 동등한 위상 위치를 가진 두 리드 전류를 의미하며, DM 전류는 동등한 진폭이지만 반대 위상 위치를 가진 두 리드 전류를 의미합니다.

전자 장치 PCB 설계에서 EMC 적용 전략

ESD(정전기 방전) 보호

전자 장치 PCB 설계 시 ESD는 직접 전도나 인덕턴스 디커플링을 통해 전류 실행 안정성에 영향을 미치며, 이는 전자 생산 개발 요구사항 충족을 위한 ESD 보호 필요성을 야기합니다. 전자 장치 PCB 설계자들은 EMC 기술이 전자 장치 PCB 설계 과정에 내재화되도록 보장해야 합니다. 즉, 신제품 개발 과정에서 도금 관통 홀을 PCB에 배치하고 도금 관통 홀 설계에서 금속 쉘 외부 회로가 내부 회로와 연결되고 고정 나사가 연결부에 조립되어야 합니다. 궁극적 목표는 우수한 내부-외부 등전위 환경을 구축하여 회로 고장으로 이어질 ESD 부각을 방지하는 것입니다. 예를 들어 일부 전자 장치 유형은 EMC 기술 적용을 강조하며 내부 회로와 LCD 인클로저 간 우수한 연결 보장을 위해 6개 도금 관통 홀을 배치하여 전체 PCB 설계가 실질적으로 개선되었습니다. 또한 이 유형 전자 장치는 신호 입출력 위치에 ESD 보호 부품을 배치하고 정전기 링을 조립하여 회로 실행 안정성을 감소시킬 수 있는 ESD 부각을 방지합니다.

디커플링 커패시터 구성

전자 장치 PCB 설계 과정에서 전원 시스템은 신호 무결성 영향에 중요한 역할을 하므로 EMC 이론 적용을 강조해야 합니다. 디커플링 커패시터 구성 과정에서 회로 실행을 시뮬레이션하여 노이즈 간섭 현상을 파악함으로써 노이즈 문제를 효과적으로 제어할 수 있습니다. 동시에 디커플링 커패시터 구성 과정에서 기술자들은 전원 필터 커패시턴스 입력 단자를 10~100F 범위 내로 엄격히 검사하여 EMC 기술 조건 충족해야 합니다. 또한 시스템 주파수 15MHz 미만으로 제어하여 전자 장치 적용 수준 높이고 디커플링 커패시터 구성을 집적 칩 위치에 배치해야 합니다.

열 설계(Thermal Design)

열 설계는 전자 장치 성능에 영향 미치는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 열 복사와 환기 영향 하에서 부품과 열원 간 거리를 표준 범위 내로 제어하고 커패시터 등 부품 조립 과정에서 부품 열도를 수시로 검사해야 합니다. 또한 고전력 부품 조립 시 해당 부품들을 PCB 상단에 배치하여 최적 열 설계 수행으로 전체 PCB 설계 수준 높여야 합니다.

라인 길이와 폭 설계

전자 장치 PCB EMC 설계 과정에서 라인 폭과 길이는 신호 전송 효율과 직접적 관계가 있습니다. PCB 설계자들은 전송 지연 효과를 기반으로 특히 면밀히 조사하여 최적 회로 설계에 도달해야 합니다. 인쇄 리드 인덕턴스 효과는 간섭을 유발하고 인쇄 리드 길이는 간섭 효과에 정비례하므로 인쇄 리드는 짧고 넓은 조건으로 제어하여 신규 전자 장치 개발 요구사항 충족해야 합니다. 예를 들어 일부 전자 장치 개발 과정에서 라인 길이와 폭 설계가 충분히 고려되어 EM78860 9번 핀 XIN이 발진기 위치에 배치되고 DL16521 위치 리드가 짧게 유지되며 이 모든 것이 전체 EMC 설계 수준 향상시킵니다. 따라서 라인 길이와 폭 과학화와 합리화를 강조하여 신규 전자 장치 개발 요구사항을 완전히 충족하는 것이 극도로 필요합니다.

전자 장치 급속 발전에 기반하여 PCB 설계가 PCB 고효율과 안정성에 더 많은 주의를 끌게 되었고, 이는 EMC 기술 역할 강조로 이어집니다. EMC 기술 관련 부각된 문제들을 라인 길이와 폭 설계, 디커플링 커패시터 구성, ESD 관점에서 처리하여 최적 설계 효과에 도달해야 하며, 이를 기반으로 전자 장치 설계 실질적 발전을 추진해야 합니다.

유용한 참고 자료

• EMI 및 EMC 자동화 도구 가장 포괄적 소개
• PCB 레이아웃이 전자 제품 EMC 성능에 미치는 영향
• PCB EMC 설계 최초 성공 보장
• EMC 개선을 위한 PCB 파티셔닝 설계 규칙
• PCB 전자파 적합성에서 전원과 그라운드 논의
• PCBCart 풀 피처 PCB 제조 서비스 - 다양한 부가가치 옵션
• PCBCart 고급 PCB 조립 서비스 - 1개부터 시작