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제목 PCB 이야기 #1 (EMI TEST! PCB 디자인 할 때 주의할 점. EMI)
작성자 관리자 (ip:)
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  • 작성일 2018-07-10 17:38:01
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  • 조회수 981

안녕하세요. 이온크루 대표 이강훈입니다.

 

최근 커스텀 키보드를 설계한 분과 같이 PCB를 보게 되었는데, PCB를 보면서 깜짝 놀란 적이 있었습니다.

디자인도 디자인이지만 수땜을 했는데, 정말 예술로 했더군요. 역시 고수는 달랐습니다.

 

여러분은 제품을 보실 때 어느 부분을 보시며, 중요하게 생각하시나요?

오늘은 개발자의 입장에서 제품을 바라보는 시각이 어떤지에 대해 얘기를 해볼까 합니다.

보통 유저분들은 관심 있게 보지 않겠지만, 개발자 혹은 수입자 입장에서는 PCB ASS'Y가 중요하게 확인해봐야 할 것 하나입니다.

제품의 회로에 대한 완성도를 보는 척도라 할까요? 제가 개발 할 때를 돌이켜 보면,

개발자들이 PCB 설계를 하게 되면 가장 중요하게 생각하는 것은 EMI입니다.

EMI(Electro Magnetic Interference) KCC를 받기 위한 규격 중 하나로 Radiation 즉 전자파에 대한 세기를 제한 하는 규격입니다.


인증이 중요한 이유는 인증을 받지 않으면 제품을 합법적으로 판매를 할 수 없기 때문입니다.

기능 및 기구적인 것은 규격이 없지만, 국가에서 유일하게 규제를 두는 것이 전자파 규격입니다.

KCC, CE, FCC 등등 각국의 규격은 비슷합니다.

위의 그림을 보면 30dBuV/m (30Mhz ~230Mhz) 빨강 선으로 되어 있는 한계선이 있는데,

특정 밴드에서 이 빨강선 이상의 전자파가 발생하면 FAIL이 됩니다.

키보드 마우스의 경우 230Mhz 이상에서는 전자파가 발생하지 않아 보통 230MHz 아래를 보게 됩니다.

키보드, 마우스에서 고주파 라디에이션이 적은 이유는 PS/2, USB 자체가 낮은 클럭을 쓰기 때문입니다.

보통 6MHz의 클럭을 쓰며 아무리 체배를 해도 고주파(300MHz 이상)를 만들기에는 낮은 주파수입니다.

 

EMI챔버.jpg

 

위의 사진은 3미터 챔버의 사진입니다.

정면에 있는 혼 안테나를 높이에 따라 또는 안테나 방향에 따라 측정을 하며, 왼쪽 아래 테이블에 제품을 놓고, 테이블은 360도 회전을 하면서 측정합니다.

 

PCB 디자인 얘기 하다 EMI 얘기가 왜 나왔는지 궁금 급하시죠? 그 이유는 PCB 설계에 따라 EMI 특성이 결정되기 때문입니다.

전자파는 PCB에서 생성이 되게 됩니다. 6MHz의 클럭을 쓰는 USB의 경우 MCU에서 클럭을 체배(정수배로 곱하기)를 하게 됩니다.

체배의 방법은 선형회로를 이용하는데, 이 선형 회로가 정수배로 주파수를 생성하게 되며,

이 정수배의 주파수들이 점점 증폭되어 EMI 규격 이상으로 올라 오게 되는 것입니다. 이러한 체배 주파수는 PCB를 통해 방사가 되는데,

이걸 PCB설계로 최소화 할 수 있습니다. 그럼 어떤 방법으로 EMI를 줄일 수 있는지 설명하겠습니다.


1. GND를 최대한 확보해라.

GND란 말 그대로 접지입니다.

GND는 노이즈(필요 하지 않는 모든 주파수 신호) 전파를 흡수하여 전자파 방출을 막아줍니다.

전자파가 많이 나오는 MCU 부근에 GND를 많이 까는 이유가 바로 이런 이유 때문입니다.


2. 신호선을 가장 짧게 디자인해라


신호선을 통해 데이터가 움직이게 되며, 이 데이터가 PCB를 통해 방출이 되게 됩니다.

그래서 가급적 짧게 디자인해야 합니다.

키보드를 얘를 들어 USB D+ D- 데이터 라인을 보면 MCU와 케이블이 가장 짧게 위치하도록 디자인 하게 됩니다.


덱 헤슘 프로 Bare PCB 사진




3. 노이즈 소스에 최대한 가깝게 디커플링 캐패시터를 위치 하는 방법입니다.

노이즈 소스 신호선을 캐패시터를 이용하여 GND와 연결시키면 캐패시터가 일종의 노이즈 흡수재 처럼 동작합니다.

그 이유는 캐패시터는 주파수의 반비례하게 임피던스를 갖게 되며,

주파수를 갖고 있는 노이즈가 보기에 캐패시터는 0에 가까운 임피던스를 갖기 때문에 GND로 흘러가게 됩니다.

이 원리를 통해 불필요한 노이즈들을 소스에서 바로 GND로 보낼 수 있습니다.

 

4. 패턴의 연결 시 수직을 피하고, 곡선 혹은 최대한 각을 넓혀서 연결 시켜라.

전자파의 방사는 보통 Current distribution에 의해 발생합니다.

말 그대로 PCB 상에서 전기 신호의 즉 전자의 분포의 편차가 심할 때 외부로 방사가 됩니다.

패치 안테나의 원리가 Current distribution을 이용하여 외부로 방사시키는 것과 같은 이치입니다.

 

제가 4가지 정도의 방법을 설명 드렸는데, 설계자는 노이즈 소스가 정확히 어디인지를 알고 있어야 보다 더 정확한 디자인이 될 것입니다.

회로 설계를 처음 하시는 분들에게는 좋은 팁이 될 수 있으나 일반 유저분들에게는 다소 생소하고 어렵게 느껴지실 수 있을 같은데 이해가 되시는지요?

다음에는 그래도 EMI가 오버 한다면 어떤 소자를 이용하는지 또한 그러한 소자를 쓰는 것이 좋은 것인지에 대해 말씀 드리겠습니다.

감사합니다.

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