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제목 PCB 이야기 #2 (어떤 키보드가 잘 만든 키보드인가)
작성자 관리자 (ip:)
  • 평점 0점  
  • 작성일 2018-07-17 13:39:32
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  • 조회수 365

EMI TEST


안녕하세요. 이온크루 이강훈입니다.

 

지난번 PCB 설계(아트웍)를 통해 EMI를 잡기 위한 설계에 대한 얘기를 했었습니다.

오늘은 그럼에도 불구하고 EMI OVER 되었을 때 어떤 소자를 이용하여 잡을 수 있는지에 대해 써 볼까 합니다.


참고로 개발자가 EMI를 잡을 때 가장 우선 시 해야 하는 것은 비용이 가장 적은 방법으로 설계를 해야 한다는 것입니다.


l  구형파 신호선을 잡아라.


흔히 디지털 신호와 아날로그 신호로 구분을 하게 됩니다.

디지털 신호는 MCU가 읽을 수 있는 신호로 흔히 구형파 (Rectangular wave, 사각형 처럼 생겨서)라고 불리우며,

USB, PS/2 IC 회로의 신호선은 모두 구형파로 되어 있다 보시면 됩니다.

그런데 이런 구형파는 아날로그에 쓰이는 정형파에 비해 엄청나게 많은 노이즈 소스를 갖게 되는 태생적 문제가 있습니다.

예를 들어 60MHz의 정형파 신호를 스펙트럼 (특정 주파수의 세기를 측정하는 장비. Spectrum analyzer)을 통해 보면

60MHz 에서만 신호가 감지 되지만, 구형파의 같은 주파수를 찍어 보면

정수배 마다 Side lobe들이 생기게 되는데 (대학 졸업한지 20년이 넘어 가물가물 하지만...) 이것들이 모두 노이즈 소스가 됩니다.

결국 이런 사이드 로브를 줄이는 방법을 찾아야 합니다.

 

1. 원 신호를 줄여라.

구형파가 문제가 된다면 구형파의 신호를 최소한으로 만드는 것입니다.

노이즈는 신호의 세기와 비례하기 때문입니다. 그래서 아래 그림 처럼 USB 신호선에 저항을 직렬로 연결해 놓은 것입니다.

조심해야 할 것은 USB 통신에 방해가 되지 않는 수준까지 맞추어야 합니다.



2. 구형파를 깍아라

두 번째로 많이 쓰이는 방법은 구형파의 신호를 최대한 정형파와 같이 만드는 방법으로

신호선에 디커플링 캐패시터를 병렬로 연결하는 것입니다. 이 방법 역시 USB 통신에 방해가 되지 않을 정도로 값을 정해야 합니다.





덱헤슘 프로 Bare PCB 사진




l  방사 노이즈를 잡아라


위의 두 방법의 경우 구형파를 조정하여 EMI를 잡는 방법으로 비교적 비용이 가장 저렴하여 엔지니어들이 많이 사용하는 방법이었습니다.

그럼에도 EMI를 더 잡아야 한다면 그 다음부터는 방사된 노이즈를 없애는 방법을 찾아야 합니다. 노이즈가 생성되는 곳은 PCB입니다.

그런데 실제로 방사가 되는 것은 케이블입니다. 마치 케이블이 안테나 역할을 하여 EMI FAIL 됩니다.

단적으로 케이블이 없다면 EMI는 걱정할 필요도 없습니다.

실제 제품들을 보게 되면 케이블 길이가 다 다른데, 케이블이 긴 제품들은 모두 EMI를 잘 잡은 제품이라는걸 간접적으로 알 수 있습니다.

 

 

1. Shield 선이 있는 케이블을 써라

케이블을 통해 방사를 막기 위한 가장 좋은 방법은 PCB와 마찬가지로 GND를 최대한 많이 만드는 것입니다.

그 방법 중 하나가 케이블 안에 Shield 라인을 추가로 넣는 것입니다.

보통 GND와 같이 연결하여 노이즈 흡수체로의 역할을 하며, 라인은 보통 여러 가닥으로 만드는데, 이 이유는 최대한 GND를 표면을 넓히기 위해서입니다.





2. 알루미늄 호일로 방사를 차단해라.

USB 케이블을 통해 방사되는 신호를 아예 도전체로 감싸 버립니다.

 

3. Ferrite core를 써라.

노이즈는 전자파로 되어 있으며, 전자파란 Electro-magnetic filed에 의해 구성이 되어 있습니다.

한국말로 전자기파가 가장 적합한 표현입니다. 두 개의 파워가 플레밍의 오른손 법칙에 따라 교차 형태로 파장이 진행됩니다.

여기서 Ferrite core magnetic filed를 효과적으로 잡을 수 있는 소자로 EMI에 탁월한 성능을 갖는 소자입니다.

키보드 보시면 케이블에 많이 달려져 있는 것을 보셨을 것입니다.






회로를 설계할 때 고려해야 할 사항이 굉장히 많습니다.

다만 제 경험에 의한 키보드의 경우 EMI가 중요했었고, 관련하여 글을 적었습니다. 생각보다 키보드가 간단하지만은 않죠?

'여러분은 키보드 어떤 부분을 보시나요?' 라는 질문으로 시작했는데,

아무래도 개발자 입장에서는 제품을 보는 시각이 좀 많이 다르다는 걸 이해 하셨을 겁니다.

 

제가 생각하는 잘 개발된 제품이란 가장 저렴하게 디자인 하면서, 스펙을 만족하는 제품이라고 생각합니다.

이 기준으로 본다면 Ferrite core, FR4(양면PCB의 원판), 디커플링 케패시터,

쉴드라인등등 소자를 써서 스펙을 만족하는 제품보다는 쓰지 않고 스펙을 만족하는 제품이 아닐까 생각합니다.

물론 최근 제품의 기능이 많아지고, 리소스도 많이 필요하다 보니, 스펙을 만족하기 절대 쉽지 않은 것은 사실입니다.

더불어 제품을 평가 할 때 눈에 보이는 면도 있지만, 눈에 보이지 않는 부분도 많다는 것을 말씀 드리고 싶습니다.

 

감사합니다.

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관리자게시 게시안함 스팸신고 스팸해제 목록 삭제 수정 답변
  • 김**** 2018-07-17 17:01:20 0점
    수정 삭제 댓글
    스팸글 안녕하세요,
    이렇게 훌륭한 지식들을 공유해 주셔서 정말 고마운 일이네요, 배우고 갑니다.
    앞으로도 좋은 글 올려 주시고
    자주 놀러 오겠습니다.
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