PCB 접지 및 EMI 완화를 위한 종합 전략

오늘날 각종 전자 제품이 사람들의 삶 구석구석에 스며들면서 전자 기기의 핵심인 PCB가 빠르게 발전하고 있습니다. 전자 기기가 정상적으로, 안전하게, 안정적으로 작동할 수 있는지는 PCB 설계에 크게 의존합니다. PCB 설계 과정에서 가장 중요한 링크는 전자 제품의 접지와 간섭 방지 설계입니다. 지금까지 특정 PCB 설계자들은 접지와 간섭 방지에 대해 각자의 의견을 가지고 있으며, 접지와 간섭 방지에 관한 방법과 기술은 수시로 발전하여 전자 기기의 지속적인 안정적 안전 작동에 중요한 보장을 제공하고 있습니다. 이 글에서는 PCB의 간섭 방지와 접지 전략을 논의합니다.

디지털 신호와 아날로그 신호의 접지

PCB 설계 과정에서 우리는 디지털 신호 영역이나 아날로그 신호 영역을 엄격히 구분하지 못하는 경우가 많습니다. 또 다른 예로, 회로에서 공통 섹션인 전원 섹션이 어느 쪽에 속하는지 판단하기 어렵습니다. 일반적인 간섭 방지 방법은 디지털 회로와 아날로그 회로를 구분하여 서로 다른 영역에 배치하는 것입니다. 하지만 위 전원 섹션처럼 엄격히 구분할 수 없는 섹션은 어떻게 설계해야 할까요? 아날로그 신호와 디지털 신호를 구분하는 본질은 관련 칩의 속성, 즉 칩이 아날로그인지 디지털인지에 달려 있습니다. 전원 섹션이 아날로그 회로에 전원을 공급하면 아날로그 섹션에 속하고, 디지털 칩에 전원을 공급하면 디지털 섹션에 속합니다. 그러나 두 섹션이 동시에 같은 전원을 사용하는 경우, 브리지 방식을 사용하여 다른 부분에서 전원을 끌어옵니다. 위에서 언급한 간섭 방지 시스템은 현재 비교적 일반적인 방법입니다. 실제로는 이 방법이 일부 소형 시스템이나 PCB에서만 작동합니다. 그러나 대규모 회로 시스템에서는 이 방법 적용 시 많은 잠재적 문제가 발생하며, 특히 복잡한 시스템에서 이러한 문제가 두드러져 라우팅 바이패스 분포 간격에서 EMI 문제를 유발합니다. 예를 들어, 일반적인 A/D 컨버터를 적용할 때 PCB 제조업체는 A/D 컨버터의 AGND와 DGND를 최단 리드로 저임피던스 그라운드에 연결할 것을 제안합니다. 따라서 위 방법을 적용하면 두 그라운드는 A/D 컨버터 아래 IC와 동등한 폭의 연결 브리지로 연결됩니다.

그러나 많은 A/D 컨버터가 있는 시스템에서 각각을 위 방법대로 처리하면 다중 포인트 연결이 생성됩니다. 이는 디지털 그라운드와 아날로그 그라운드 분리에 의미가 없습니다. 이 문제를 해결하기 위해 어스 그라운드를 적용하여 어스 그라운드를 디지털 그라운드와 아날로그 그라운드로 분할해야 하며, 이는 제조업체 요구사항을 충족하면서 EMI 문제를 최대한 줄일 수 있습니다.

고주파 신호 간섭 방지 분석

고주파 신호 PCB 설계 과정에서 모든 금속이나 리드는 저항, 인덕터, 커패시터로 구성된 부품으로 간주할 수 있습니다. PCB 상의 25mm 길이 인쇄 리드는 15nH~20nH 인덕턴스를 생성할 수 있습니다. 따라서 다중 포인트 접지 전략을 적용하여 각 회로 시스템을 최저 임피던스의 인접 접지선에 연결해야 합니다. 또한 그라운드 임피던스와 그라운드 선 간 인덕턴스를 최대한 줄이고 분포 커패시턴스로 인한 회로 간 상호 결합도 감소시켜야 합니다. 다중 포인트 접지의 가장 간단한 방법은 완전 동박 코팅입니다. 부품 접지점을 코팅 동박에 연결하고 PCB 대부분을 덮는 그라운드 플레인이 극도로 낮은 임피던스의 레퍼런스 플레인을 제공합니다. 그러면 각 부품과 유닛 회로 간의 불필요한 고주파 결합을 피할 수 있습니다.

고주파 PCB에서 디지털 그라운드와 아날로그 그라운드는 독립적으로 처리해야 합니다. 고주파 디지털 신호 그라운드 레벨은 보통 서로 다르며 그 사이에 전압 편차가 자주 발생합니다. 게다가 고주파 디지털 신호 그라운드 선에는 항상 풍부한 고주파 신호 고조파 성분이 포함되어 있습니다. 디지털 신호 그라운드 선을 아날로그 신호 그라운드 선과 직접 연결하면 고주파 신호 고조파가 그라운드 선 결합 방식으로 아날로그 신호를 간섭합니다. 일반적으로 고주파 디지털 신호 그라운드 선은 적절한 위치에서 단일 포인트 상호 연결 방식이나 고주파 초크 마그네틱 비드 상호 연결 방식으로 아날로그 신호 그라운드 선과 분리해야 합니다.

고주파 신호 간섭 방지 분석

PCB 설계에서 부품 레이아웃과 리드 두께는 간섭과 크게 관련되어 있으며, 이는 설계자의 전문 기술과 완전한 인식 능력을 요구합니다. PCB 설계의 간섭 방지는 전자 제품의 응용 성능과 관련됩니다. 이 글에서 소개한 규칙 목록은 설계자들의 실무 설계 경험 요약으로, PCB 설계자에게 확실히 유용합니다.

참고 자료:
• PCB 설계에서 간섭 극복 방법
• PCB 설계에서 내간섭 능력 강화 방법
• PCB 전자기 호환성에서 전원과 그라운드에 대한 논의
• PCBCart의 풀 피처 PCB 제조 서비스 - 다양한 부가 가치 옵션
• PCBCart의 고급 PCB 조립 서비스 - 1개부터 시작