전자기 적합성 소개
전자기 적합성(EMC)은 전자 장비가 다른 장치에 간섭을 일으키지 않고 작동하며 외부 전자기 교란에 면역을 유지하도록 보장합니다. EMC 설계는 전자 제품의 규제 요구 사항이자 품질 지표입니다.
EMC 기초
EMI(전자기 간섭)는 바람직하지 않은 효과이며, EMC는 설계 목표입니다. 방출 메커니즘과 민감성 경로를 모두 이해하는 것은 강력한 전자 시스템을 만드는 데 필수적입니다.
EMC 표준 및 규정
지역마다 EMC 요구 사항이 다르지만 국제 표준은 공통 프레임워크를 제공합니다. 적용 가능한 표준을 이해하는 것이 EMC 설계의 첫 번째 단계입니다.
주요 EMC 표준
| 표준 | 범위 | 지역 |
|---|---|---|
| CISPR 32 | 멀티미디어 장비 방출 | 국제 |
| CISPR 35 | 멀티미디어 장비 내성 | 국제 |
| FCC Part 15 | 비의도적 방사체 | USA |
| EN 55032 | ITE 장비 방출 | 유럽 |
| IEC 61000-4-x | 면역 시험 방법 | 국제 |
클래스 A 대 클래스 B 제한
클래스 A (상업/산업)
- • 덜 엄격한 제한
- • 상업용 환경용
- • 더 많은 방출 허용
- • 경고 라벨 필요
클래스 B (주거용)
- • 더 엄격한 제한 (~10 dB 더 엄격)
- • 주거용 환경용
- • 소비자 제품은 일반적으로 클래스 B
- • 경고 불필요
방출원 이해
EMI는 빠르게 변화하는 전류와 전압에서 발생합니다. 방출원을 식별하는 것은 효과적인 완화 전략에 중요합니다.
일반 EMI 소스
디지털 회로
- • 클록 신호 및 고조파
- • 고속 데이터 버스
- • 스위칭 전원 단계
- • 프로세서 코어 활동
전력 전자
- • SMPS 스위칭 과도
- • 모터 드라이브
- • 릴레이/접촉기 작동
- • 돌입 전류
RF 회로
- • 로컬 발진기
- • 송신기 고조파
- • 신시사이저 스퍼
- • 의도하지 않은 안테나 효과
결합 메커니즘
- • 전도 (전원, 신호선)
- • 복사 (E 필드, H 필드)
- • 용량성 (전기장)
- • 유도성 (자기장)
EMC를 위한 접지 전략
적절한 접지는 EMC 설계의 기초입니다. 잘 설계된 접지 시스템은 전류에 대한 저임피던스 리턴 경로를 제공하고 공통 모드 노이즈를 최소화합니다.
접지 원칙
- 단일 지점 접지: 저주파 (<1 MHz) - 접지 루프 방지
- 다중 지점 접지: 고주파 (>10 MHz) - 접지 임피던스 최소화
- 하이브리드 접지: 혼합 주파수 시스템에 최적
- 접지면: 고속 디지털 및 RF 회로에 필수
PCB 접지면 설계
해야 할 것:
- • 견고하고 중단되지 않은 접지면 사용
- • 리턴 경로를 짧고 직접적으로 유지
- • 여러 비아로 평면 연결
- • 한 지점에서 아날로그 및 디지털 접지 분리
하지 말아야 할 것:
- • 접지 분할을 가로질러 신호 라우팅
- • 접지면에 슬롯 생성
- • 고전류와 저전류 간 리턴 경로 공유
- • 접지를 신호 레퍼런스 및 전원 리턴으로 사용
차폐 기술
차폐는 전자기 에너지에 대한 물리적 장벽을 제공합니다. 효과적인 차폐는 재료 선택, 구조 및 이음새 처리에 주의가 필요합니다.
차폐 효과 요인
재료 특성
- • 전도도: 높을수록 = 더 나은 반사
- • 투자율: 높을수록 = 더 나은 흡수 (자기장)
- • 두께: 두꺼울수록 = 더 많은 흡수
이음새 및 개구부
- • 개구부는 고주파에서 슬롯 안테나로 작용
- • 여러 개의 작은 구멍이 하나의 큰 구멍보다 낫다
- • 이음새에는 EMI 개스킷 또는 밀착 결합이 필요
- • 차폐가 있는 냉각용 허니컴 통풍구
일반 차폐 재료
| 재료 | 최적 용도 | 참고 사항 |
|---|---|---|
| 알루미늄 | 전기장 차폐 | 경량, 비용 효율적 |
| 강철 | 자기장 차폐 | 높은 투자율, 더 무거움 |
| 구리 | 고주파 | 최고의 전도도 |
| 뮤메탈 | 저주파 자성 | 매우 높은 투자율 |
EMC 필터링 방법
필터링은 원하는 신호는 통과시키면서 원하지 않는 주파수를 감쇠시킵니다. 적절한 필터 선택 및 배치는 전도성 방출 제어에 중요합니다.
필터 유형 및 응용
커패시터 필터
- • 고주파 노이즈를 접지로 분류
- • X 커패시터: 라인 간 (차동)
- • Y 커패시터: 라인-접지 (공통 모드)
- • 자체 공진으로 제한됨
인덕터 필터
- • 고주파에서 직렬 임피던스
- • 공통 모드 초크: CM 노이즈 제거
- • 페라이트 비드: 광대역 억제
- • 고전류에서 포화 주의
Pi 및 T 필터
- • 더 높은 감쇠를 위한 다단계
- • Pi: 양쪽 끝에 커패시터
- • T: 양쪽 끝에 인덕터
- • 최상의 성능을 위한 임피던스 매칭
피드스루 필터
- • 차폐 인클로저 벽에 장착
- • 뛰어난 고주파 성능
- • C, L-C, Pi 구성 사용 가능
- • 전원 및 신호 라인에 사용
EMC를 위한 PCB 레이아웃 지침
우수한 PCB 레이아웃은 가장 비용 효율적인 EMC 조치입니다. 많은 EMC 문제는 나중에 수정하기 비싼 잘못된 레이아웃 결정으로 인해 발생합니다.
PCB EMC 레이아웃 규칙
신호 라우팅
- • 고속 트레이스를 짧고 직접적으로 유지
- • 내부 레이어에서 클록 신호 라우팅
- • 평면 분할 위에 라우팅 방지
- • 고속 신호용 트레이스 임피던스 매칭
- • 민감한 신호에 접지 가드 트레이스 사용
부품 배치
- • 시끄러운 부품을 함께 배치하고 민감한 부품과 멀리 배치
- • 크리스탈 오실레이터를 부하 근처에 유지
- • IC 전원 핀 근처에 디커플링 커패시터 배치
- • I/O components near board edges for filtering
리턴 경로 제어
- • 모든 신호에 대해 끊기지 않은 리턴 경로 제공
- • 신호가 레이어를 변경할 때 스티칭 비아 추가
- • 모든 전류 경로의 루프 영역 최소화
- • 외부 레이어에서 스티칭을 사용한 접지 채우기 사용
일반적인 레이아웃 실수
- • 디커플링 커패시터에서 IC 핀까지의 긴 트레이스
- • 평면 간격을 가로지르는 신호 트레이스
- • 레이어 전환 시 부적절한 비아 스티칭
- • 외부 레이어의 클럭 트레이스
- • 보드 진입 시 필터링 없는 I/O 케이블
케이블 및 커넥터
케이블은 종종 방사 방출의 주요 안테나이자 면역 문제의 진입점입니다. 적절한 케이블 및 커넥터 처리가 필수적입니다.
케이블 EMC 지침
- 차폐 종단: 커넥터 쉘에 360° 종단
- 페라이트 초크: 공통 모드 억제를 위해 케이블 끝에 추가
- 입구에서 필터링: 인클로저에 들어가는 모든 신호를 필터링해야 합니다
- 케이블 라우팅: 고주파 회로로부터 케이블을 멀리 유지
전원 공급 장치 EMC 설계
스위칭 전원 공급 장치는 주요 EMI 소스입니다. 전도 및 방사 방출 한계를 충족하려면 적절한 설계와 필터링이 필수적입니다.
SMPS EMC 기술
입력 측:
- • X 및 Y 커패시터가 있는 EMI 필터
- • 공통 모드 초크
- • 돌입 전류 제한
- • 적절한 안전 간격
스위칭 단계:
- • 높은 di/dt 루프 면적 최소화
- • 링잉을 줄이기 위해 스너버 사용
- • 필요시 변압기 차폐
- • 확산 스펙트럼 변조
EMC 테스트 개요
EMC 테스트는 제품이 규제 요구 사항을 충족하는지 확인합니다. 테스트 방법을 이해하면 첫 번째 시도에서 통과하는 제품을 설계하는 데 도움이 됩니다.
일반 EMC 테스트
방출 테스트
- • 방사 방출 (30 MHz - 1 GHz+)
- • 전도 방출 (150 kHz - 30 MHz)
- • 고조파 전류 (전원 라인)
- • 전압 변동 및 플리커
면역 테스트
- • ESD (IEC 61000-4-2)
- • 방사 면역 (IEC 61000-4-3)
- • EFT/버스트 (IEC 61000-4-4)
- • 서지 (IEC 61000-4-5)
- • 전도 면역 (IEC 61000-4-6)
EMI 문제 해결
EMI 디버깅 접근 방식
1단계: 소스 식별
- • 방출 주파수를 클럭 고조파와 상관
- • 근거리장 프로브를 사용하여 방사 요소 찾기
- • 시스템 기능을 전환하여 소스 격리
2단계: 결합 경로 식별
- • 케이블 확인 (분리 및 측정)
- • PCB 트레이스 및 접지 평면 검사
- • 차폐의 틈 찾기
3단계: 대응책 적용
- • 소스 또는 결합 경로에 필터링 추가
- • 차폐 또는 접지 개선
- • 소스에서 방출 감소 (느린 에지, 확산 스펙트럼)
EMC 설계 체크리스트
설계 단계 체크리스트
- EMC 요구 사항 식별됨
- 접지 계획 정의됨
- 차폐 전략 계획됨
- 필터링 구성 요소 선택됨
- PCB 적층에 접지 평면 포함
- I/O 필터링 정의됨
- 케이블 차폐 종단 계획됨
- 사전 준수 테스트 계획 생성됨
핵심 요점
- EMC 설계는 처음부터 고려해야 합니다 - 나중에 수정하면 비용이 많이 듭니다
- 적절한 접지는 EMC 성능의 기초입니다
- 차폐는 가장 약한 이음새 또는 개구부만큼만 효과적입니다
- 소스 및 모든 케이블 진입점에서 필터링
- PCB 레이아웃은 방출 및 면역에 큰 영향을 미칩니다
- 사전 준수 테스트는 인증 시 시간과 비용을 절약합니다