EMI 제어 마스터하기: EMC를 위한 PCB 설계에서의 부품 배치

이 PCB 설계에서 EMI 제어 마스터하기 시리즈의 두 번째 기사에서는 전자기 간섭(EMI) 수준을 낮게 유지하는 데 있어 핵심 개념 중 하나를 더 깊이 다룰 것입니다.

보드 분리, 또는 보드 파티셔닝이라고도 알려진 이 방법은 인쇄 회로 기판(PCB)의 다른 회로 부분을 조직하여 분리하는 데 사용됩니다. 이는 특히 EMI 측면에서 보드의 전체 성능을 향상시킵니다. 이 기술은 전자기 간섭을 줄이는 데 도움이 될 뿐만 아니라 PCB 설계의 신호 무결성을 향상시킵니다.

이 기술들 뒤에 있는 원리에는 다음이 포함됩니다:

1. 고주파 디지털 신호의 고에너지 내용물을 포함시킵니다.
2. 보드 내 다른 유형의 회로 사이에서 공통 임피던스 결합을 피합니다.
3. 전류 루프 영역을 줄여 방출을 감소시키고 외부 간섭에 대한 내성을 향상시킵니다.

고속 대 저속 신호 및 그 하모닉

첫 번째 개념은 빠르게 전환되는 신호에 의해 생성된 고에너지 하모닉 내용물을 제어하고 시간에 따라 전류가 얼마나 빠르게 변하는지에 대한 것입니다. 전류 변화율이 높을수록 신호에서 더 큰 하모닉 에너지가 발생하여 방사 가능성이 높아집니다.

두 번째 개념은 신호의 반환 전류가 신호의 주파수에 따라 달라진다는 것입니다. 이는 신호가 전파하는 동안 마주치는 임피던스가 도체의 저항뿐만 아니라 그들의 용량성과, 가장 중요하게는, 그들의 루프 인덕턴스를 포함하기 때문입니다. 신호 주파수가 증가함에 따라, 임피던스의 인덕턴스 성분(주파수에 따라 달라짐)이 커집니다.

반환 경로의 차이

전류는 항상 최소 임피던스의 경로를 찾기 때문에, 신호 주파수가 증가함에 따라 반환 전류가 인덕턴스 루프를 최소화하기 위해 신호 전류를 밀접하게 따라간다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 반대로, 신호 주파수가 낮아져 인덕턴스가 작아지는 경우, 임피던스의 저항 성분이 우세해집니다.

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이 단계에서, 반환 전류는 최소 저항의 경로를 찾기 위해 도체의 표면 전체로 퍼집니다. PCB 설계자에게 중요한 점은 반환 전류의 소스로 돌아가는 경로가 신호 주파수에 따라 달라진다는 것입니다.

그림 1 - Altium Designer에서 주파수에 따른 다른 반환 전류 경로의 예

PCB 설계자로서 우리의 임무는 이러한 반환 전류 사이의 간섭을 최소화하여 공통 임피던스 결합을 피하는 것입니다. 이는 전자기 방출로 이어질 수 있습니다. 이를 달성하기 위해 PCB 내에 특정 영역이나 섹션을 만들어 각각을 특정 유형의 회로에 할당할 수 있습니다. 이는 전류 루프를 줄여 차동 모드 전류로부터의 복사를 감소시킵니다.

다른 회로의 반환 전류 경로를 더욱 격리하기 위해 반환 참조 평면(RRP)에 분할을 만드는 것이 유혹적일 수 있습니다. 그러나 이 접근법은 두 금속 영역 사이에 전압 차이를 만들어 안테나와 같은 구조를 형성하고 전자기 방출을 유발할 수 있기 때문에 EMC에 대한 최선의 관행을 따르지 않습니다.

그림 2 - Altium Designer에서 잘못된 평면 분할의 예

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해결책은 반환 전류가 소스로 돌아가는 선호하는 경로를 찾을 수 있도록 하는 견고하고 저임피던스의 반환 참조 평면을 구현하는 것입니다. 이 평면은 공통 모드 노이즈의 원천이 될 수 있는 절단, 분할 또는 큰 간격이 없어야 합니다. 그런 다음 구성 요소를 회로 및 기능의 유형에 따라 분배하여 구별된 섹션으로 구성 요소 배치를 나누어야 합니다.

혼합 신호 보드의 경우, 일반적인 분리는 보드를 디지털 섹션, 전력 섹션, 아날로그 섹션, 입력/출력 섹션으로 나누고 필요한 경우 필터링 섹션으로 나누는 것입니다. 예를 들어, 디지털 섹션은 다른 구성 요소로부터 멀리 배치되어야 합니다. 반환 전류는 신호 트레이스를 밀접하게 따르겠지만, 신호의 고조파 내용물에 있는 높은 에너지는 더 효과적으로 방사되어 보드의 다른 섹션과 결합할 수 있습니다.

이의 한 예는 클록 신호가 보드의 다른 부분, 예를 들어 전력 및 아날로그 섹션과 같은 다른 네트와 결합되는 경우로, 이들 섹션에는 안테나 역할을 하는 케이블이 연결될 수 있어 방출을 촉진합니다.

케이블이 있는 안테나 구조

입력/출력 섹션은 케이블로의 노이즈 주입을 제한할 뿐만 아니라 필터링 기술과 차폐를 통해 외부 간섭을 줄이거나 보드에서의 노이즈 방출을 제한하기 위해 추가적인 격리를 가능하게 하는 것이 중요합니다. 레이아웃은 케이블과 주변 장치나 구조를 고려해야 합니다. 디지털 섹션은 이 입력/출력 영역으로부터 멀리, 이상적으로는 보드의 내부에, 가장자리로부터 멀리 배치되어야 하며, 이는 케이블이나 가장자리에서 방사되는 고에너지 고조파 내용물과의 결합을 피하기 위함입니다.

그림 3 - Altium Designer에서 잘못된 평면 분할의 예

또한, 모든 입력 및 출력 케이블을 보드의 한쪽 면에 배치하는 것이 여러 모서리에 걸쳐 배치하는 것보다 권장되며, 이는 케이블 간의 전압 차이를 방지하고 디지털 신호나 노이즈의 방사를 촉진할 수 있는 안테나와 같은 구조를 피할 수 있습니다.

결론

이러한 권장 사항을 따름으로써, 방사된 방출을 효과적으로 줄이고 외부 간섭의 결합을 제한할 수 있습니다.

다음 기사에서는 EMI 성능을 개선하고 위험을 줄이기 위해 최적의 PCB 스택업을 선택하는 방법을 탐구할 것입니다. 더 많은 인사이트를 위해 저희 페이지와 소셜 미디어를 계속해서 주목해 주세요.

PCB 설계에서 이러한 높은 기준을 달성하기 위해서는 설계의 모든 측면을 정밀하게 제어할 수 있는 도구 모음이 필요합니다. Altium Designer^®는 PCB 설계, 레이아웃, 시뮬레이션 기능을 포괄적으로 제공하여 설계가 모든 요구 사항을 충족하도록 하고 보드 분할 과정을 단순화합니다.

통합된 설계 규칙 엔진과 온라인 시뮬레이션 도구는 PCB를 라우팅하는 동안 설계 사양에 대한 준수를 검증하는 데 도움을 주어 최고의 설계 기준을 보장합니다. 완료 후, Altium 365^™ 플랫폼을 사용하여 제조업체에 파일을 원활하게 릴리스하여 협업과 프로젝트 공유를 단순화할 수 있습니다.

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