EMC 인증과 여러분의 제품

저는 대부분 전자 공학 분야에서 경력을 쌓으며 중소기업 및 스타트업과 직원 또는 협력 관계로 함께했으며 이러한 기업이 아이디어를 실제 제품으로 구체화하도록 지원했습니다. 그런데 거의 모든 고객이 전자파 적합성 준수에 관해 몇 가지 오해를 되풀이하고 있었습니다. 많은 기업이 자사 제품에 EMC 테스트가 필요하다는 사실을 알지 못했고, 인증에 소요되는 시간과 비용을 모르는 경우도 있었으며, 요건이 제품에 어떻게 적용되는지 알지 못하기도 했습니다.

인증에 대해 알고 있는 고객 중 상당수는 자사 제품에는 WiFi, Bluetooth를 비롯한 기타 RF 송신기나 트랜시버가 없기 때문에 'RF 테스트'를 받을 필요가 없다고 잘못 알고 있었습니다. 다른 고객은 회사에서 제작하는 보드가 수십 또는 수백 개에 불과하기 때문에 인증이 필요하지 않거나 인증을 받지 않고 넘어가도 괜찮다고 생각했습니다. 개인적으로 가장 인상적이었던 회사는 시중에서 판매되는 전자 보드(예: Arduino 및 브레이크아웃 보드)를 사용하고 인클로저에 모두 함께 배선하면서 기기 인증이 필요하지 않다고 생각한 회사였습니다.

거의 모든 국가에는 자체적인 EMC 규정과 인증 요건이 있습니다. 서로 인접한 국가거나 다른 국가의 인증/규제 기관이 규정 개발을 주도한 경우 국가 간에 규정이 유사할 수 있습니다. 예를 들어, 캐나다와 미국은 요건이 매우 유사하며, 대부분의 유럽 국가에서는 CE 규칙만 준수하면 됩니다. 공통 요건이 적용되면 제품을 판매하려는 지역마다 각각 장치의 인증을 받아야 할 때보다 인증 과정이 간편하고 비용 효율적입니다. 일부 국가는 자국의 실험실에서 규정에 따라 제품 테스트를 실시할 것을 요구합니다. 이러한 경우, 테스트를 위해 장치를 여러 실험실로 보내야 하므로 인증 비용과 시간이 크게 증가할 수 있습니다.

이 글에서는 의도적 RF 방출이 없는 장치, 즉 비의도적 방출 장치를 중점적으로 알아봅니다. 방출 없이 전자 회로를 구축하는 것은 불가능합니다. 도체에 가변 전류가 흐르면 자기장이 생성되면서 전자기 에너지가 방출됩니다. 이러한 방출을 지정된 제한치 미만으로 유지하여 다른 장치나 무선 신호를 방해하지 않도록 하는 규정 및 지침이 존재합니다.

규정 준수가 중요한 이유

EMC 규정이 없다면 잘못 설계된 장치로 인해 무선 통신이 불가능한 환경이 조성될 수 있을 뿐만 아니라, 연결된 다른 장치나 주변 장치의 기능이 손상되거나 파괴될 수 있습니다. 이러한 규정이 없으면 휴대전화 사용, 무선 기반 항공 교통 관제, Wi-Fi를 통한 인터넷 접속, 위성 통신 및 기타 전자파를 기반으로 하는 모든 종류의 기술 사용이 불가능할 수 있습니다.

극단적인 예라고 생각할 수도 있지만, 인증되지 않은 장치가 무료 TV 방송의 신호를 방해하여 일부 채널의 신호 품질이 모두 유실되고 장치가 위치한 건물에서 시청할 수 없게 되거나 인근의 CB 라디오가 먹통이 되는 경우도 있었습니다. 심하게는 한 제조업체의 행사에서 테스트를 거치지 않은 고주파 고전류 모터를 장착한 로봇이 심박 조율기를 장착한 노신사에게 불편을 주는 바람에 결국 로봇의 전원을 꺼야 하는 일도 있었습니다.

이는 여러분 그리고 여러분의 제품과 어떤 관련이 있을까요? 산업 시설에 설치하기 위해 단 한 대의 장치를 만드는 경우라면 어떨까요? DIY 하드웨어 판매 플랫폼에서 판매할 브레이크아웃 보드를 만드는 경우에는 어떨까요? 유럽연합 집행위원회의 전자기파 적합성 지침 웹사이트에 따르면, "시장에 출시되거나 서비스에 투입되는 장비(장치 및 고정 설비)는 EMC 요건을 준수"해야 합니다.

일회용 장치를 한 대만 판매하든, 유통을 위해 백만 대의 장치를 제조하든 장비를 인증할 법적 의무가 있습니다. 이 요건은 PCB를 제작하지 않고 여러 개의 시판 보드를 하나의 인클로저에 조립하는 경우에도 적용됩니다. 미국(FCC 규칙), 캐나다(ISED 요건) 및 기타 모든 국가에 동일한 요건이 적용됩니다.

• EMI 및 EMC에 관한 업계 표준 및 규정에 대해 자세히 알아보기

규정을 회피할 수 있으리라고 생각할 수 있지만, 저는 예전에 제품 규정 준수 문서 없이 적발된 적이 있는 몇몇 소량 제조 고객과 협업한 적이 있습니다. 그중 한 곳은 연간 판매량이 수백 대에 불과한 미국의 1인 기업이었습니다. 이 업체는 유럽의 유통업체에 주문받은 제품을 배송했는데, 목적지 국가의 세관에서 CE 문서가 제출될 때까지 제품을 묶어 두었습니다.

또 다른 업체는 RF 제품인 의도적 방출 장치를 소량으로 판매했는데, 미인증 제품을 판매한 혐의로 FCC로부터 수십만 달러의 벌금이 부과되었습니다. 제품이 규제 당국의 주의를 끌었을 때 판매량이 적다는 이유만으로 구제를 받을 수는 없습니다.

규정 미준수로 인해 배송한 제품을 파기당하거나 벌금이 부과되는 것보다는 제품을 인증하는 것이 비용 측면에서 훨씬 낫습니다.

제품 인증을 받는 방법

결국 여러분이 제품 인증을 받고자 하는 규제 기관이 추천하거나 승인한 인증 실험실로 제품을 보내야 합니다. 여러분의 예산을 초과하지 않으면서도 여러분이 필요로 하는 서비스를 제공하는 실험실을 찾기란 어려울 수 있습니다. 본인의 지역에서 개최되는 박람회가 없을 경우, 시간 여유가 있다면 타 지역의 전자 제품 무역 박람회에라도 참가하여 여러 실험실의 엔지니어와 이야기를 나눠보는 것도 좋은 방법입니다. 전자 제품 제조/조립 사업에 중점을 둔 비교적 소규모의 무역 박람회에도 다양한 실험실의 담당자들이 참석할 가능성이 높습니다.

가장 낮은 견적을 제공하는 회사가 반드시 테스트를 진행하기에 가장 좋은 회사는 아닙니다. 특히 처음으로 인증 절차를 진행하는 경우, 절차 전반에 걸쳐 실험실과 매우 긴밀하게 협력해야 합니다. 제품 개발 프로세스를 진행하는 동안 여러분이 선택한 실험실과 지속적으로 협력하는 것이 바람직합니다. 프로토타입을 개발할 때 하드웨어를 지참하고 해당 실험실을 방문하거나 하드웨어를 실험실로 보내 프로토타입에 대한 사전 규정 준수 테스트를 진행하세요.

일찌감치 프로토타입을 테스트하면 문제가 발견될 경우 하드웨어를 적시에 변경할 수 있으므로, 최종 제품만 테스트를 위해 발송할 때보다 귀중한 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 문제가 발견되는 경우, 좋은 실험실의 엔지니어는 단순히 실패를 통지하는 데 그치지 않고 풍부한 경험을 바탕으로 문제를 해결할 수 있는 몇 가지 아이디어를 알려줄 것입니다. 더 좋은 방법은 사전 인증 과정에 직접 참석하여 그 자리에서 이러한 제안 사항의 일부를 구현하고 신속하게 재시험해서 문제 목록이 아닌 변경 사항 목록을 갖고 사무실로 복귀하는 것입니다.

필요한 인증과 비용

북미와 유럽에서 제품을 판매할 계획이라면 우선 미국 FCC 규정, 캐나다 ISED 요건 및 유럽 CE EMC 지침 요건의 준수 여부를 테스트하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 제품의 잠재적 고객 중 대부분을 커버할 수 있습니다. 전 세계 정부에서 정한 EMC 규정은 비슷하지만, 모두 같지는 않습니다. 예를 들어 호주나 뉴질랜드에서 제품을 판매하려는 경우, 이 두 국가는 여러분이 이미 테스트하고 있는 EU EMC 지침에 적용될 수 있는 상호 인정 협정을 체결했으므로 호주/뉴질랜드의 EMC 표준에 따른 테스트도 진행해야 할 수 있습니다.

작동 모드와 AC 주전원 연결이 각각 하나씩이며 신호/IO 포트가 없는 단순한 비의도적 방출 장치의 경우 FCC 및 ISED 캐나다 EMC 규정 준수 테스트를 실시하려면 약 2,000달러를 지불해야 하며, CE EMC 지침 규정 준수 테스트도 실시하는 경우 추가로 4,500달러를 지불해야 할 것으로 예상됩니다. 그러나 지불할 금액은 여러분이 협업할 실험실과 테스트할 장치에 따라 다릅니다.

충전 기능이 없는 배터리 구동 장치의 경우 AC 주전원 테스트가 필요하지 않으므로 비용이 절감됩니다. 반면에 작동 모드가 여러 개이거나 테스트가 필요한 신호/IO 케이블이 있는 장치는 추가적인 테스트를 실시해야 하므로 비용이 더 많이 듭니다. 테스트 시설은 구축하는 데 수백만 달러가 소요되며, 보통 시급이 높은 고도로 숙련된 엔지니어를 채용합니다. 따라서 장치의 테스트 계획이 복잡하거나 오래 걸릴수록 비용이 더 많이 듭니다.

장치가 사전 승인된 무선 모듈을 사용하지 않는 무선 기능을 포함하거나 사용 설명서 및 권한 부여에 명시된 사용 규칙을 벗어난 사전 승인된 모듈을 사용하는 경우, 해당 장치는 추가 비용을 부담하여 무선 테스트를 실시하고 인증을 받아야 합니다. 사전 인증된 모듈의 사용 설명서 및 데이터시트를 확인하여 안테나(외부 안테나가 필요하거나 허용되는 경우)가 구체적으로 언급되어 있는지, 전원 공급 장치 및 레이아웃 요건을 명확히 준수했는지 확인하는 것이 중요합니다.

또한 설명서에 명시된 작동 모드와 전력 수준으로만 모듈을 사용하고 있는지도 확인해야 합니다. 이러한 요건을 따르지 않으면 모듈 사용이 사전 승인 대상으로 분류되지 않아 장치를 의도적 방출 장치로 간주하여 테스트해야 합니다.

인증 경험

가장 바람직한 경우는 규정 준수 테스트 과정을 초기 프로토타입 단계의 사전 테스트부터 시작하는 것입니다. 협력하는 실험실과 멀리 떨어져 있는 경우, 설치 및 테스트에 필요한 케이블, 액세서리, 작동 지침과 함께 프로토타입이나 장치를 우편 발송하면 됩니다.

캐나다 QAI Labs의 Simon Howkins와 Parm Singh은 최대한 원활한 테스트 진행을 위해 다음을 제안합니다.

제품의 규정 준수 테스트를 위해 EMC 실험실을 방문할 때는 아무리 꼼꼼하게 준비해도 지나치지 않습니다.  언제나 예상치 못한 상황이 발생할 수 있기 때문입니다. 일반적으로 가능한 최악의 작동 모드에서 계속 정상 작동할 수 있는 온전한 장치를 지참해야 합니다. 장치에 여러 작동 모드가 있다면 모든 작동 모드를 미리 스캔하여 가능한 최악의 모드를 파악해야 합니다. 장치가 보조 장치나 지원 장비를 필요로 하는 경우, 해당 장비도 실험실에 전달해야 합니다.

실제 보조 장치와 지원 장비를 가져올 수 없는 경우, 시뮬레이션된 부하와 보조 장비를 사용해야 합니다. 제품이 1차 테스트를 통과하지 못해 EMC 규정 준수를 위해 변경해야 할 가능성이 높습니다. 실험실에서 이에 따른 변경 작업을 할 수 있도록 필요한 도구와 부품을 모두 지참하세요. 페라이트, RF 필터, 차폐 재료, 커패시터, 인덕터, 저항기 및 변경에 필요한 어느 도구든 포함될 수 있습니다.

Exacto 스타일의 칼을 여분의 날카로운 칼날과 함께 가져오는 것까지는 생각하지 못했을 가능성이 높습니다. 날카로운 Exacto 칼을 사용하면 작은 트레이스를 쉽게 절단하거나 솔더 마스크를 긁어내어 솔더 패드를 만들고, 필요에 따라 커패시터를 추가하거나 회로에 다른 부품을 추가할 수 있습니다. 

프로젝트 계획에 인증 포함하기

QAI Labs의 Simon은 성공적인 EMC 인증 준비를 위해 다음과 같은 유용한 팁을 제공했습니다.

스타트업 기업이 EMC 실험실에서 흔히 하는 실수로는 설계 주기 초반부터 장치에 우수한 EMC 설계 사항을 적용하지 않거나, 장치 테스트 및 인증에 필요한 시간을 일정에 충분히 반영하지 않거나, 장치 테스트 및 인증을 마지막 순간까지 미루거나, 사전 스캔 테스트 첫날 충분한 준비 없이 실험실을 방문하는 경우 등이 있습니다.

Andy Eadie의 무료 전자책 '처음부터 제대로 하는 EMC 설계(Get EMC Design Right First Time)'는 시작부터 올바른 EMC 설계를 적용하는 데 도움이 되는 훌륭한 리소스입니다. 제가 이 책을 추천한 모든 고객이 이 책에 나오는 조언이 도움이 되고 이해하기 쉽다고 했습니다. 프로젝트 계획에서 사전 규정 준수, 사전 스캔 또는 설계 주기에 있는 프로토타입의 예비 R&D 테스트에 시간을 할당하면 장치가 규정을 얼마나 준수하는지 확인할 수 있습니다.

실험실의 일정에 따라 사전 인증 테스트를 완료한 후 전체 인증 테스트를 실시하기까지 다소 시간이 걸릴 수 있습니다. EMC 규정 준수 테스트를 마지막 순간까지 미루다가 장치의 불합격 사실을 알게 되는 경우, 제품이 이미 제조 중인 상태에서 수정해야 한다면 많은 비용이 발생할 수 있습니다. 새로운 프로토타입을 제작하고 테스트해야 하는 경우 기한을 놓칠 수 있다는 점은 말할 것도 없습니다.

근처에 EMC 실험실이 없고 사정상 이동할 수 없는 경우, 테스트용으로 제품 또는 프로토타입을 설정하는 방법을 설명하는 지침과 함께 실험실로 우편 발송하여 테스트를 받을 수도 있습니다.

규정 준수에 도움이 되는 간단한 PCB 설계 선택 사항

저는 약 4년간 매우 간단명료하고 이해하기 쉬운 EMC 규정 준수 및 설계 가이드를 제공하는 Andy Eadie의 EMC 패스트 패스(EMC Fast Pass) 전자책과 교육 과정을 고객에게 추천해 왔습니다. Andy에게 연락하여 이 글에 실을 만한 가장 유용한 팁을 요청했더니 다음과 같은 팁을 제시해 주었습니다.

1. PCB 레이어 스택
   EMC 테스트를 통과하기 위해 PCB를 설계할 때 가장 먼저 시작해야 할 것은 좋은 스택업 구성을 선택하는 것입니다. 가장 중요한 사항 중 하나는 모든 디지털(스위칭) 신호에 대해 항상 인접 레이어에 끊어지지 않은 기준면(GND 또는 PWR)을 제공하도록 하는 것입니다. 라우팅이 너무 조밀하여 불가능한 경우에는 레이어를 2개 더 추가하세요.

2. 디커플링 커패시터
   모든 단일 IC 및 커넥터 전원 핀에 하나 이상의 디커플링 커패시터를 제공해야 합니다. 현재 권장되는 모범 사례는 커패시터 값을 100nF와 같은 하나의 값으로 표준화하는 것입니다. 이렇게 하면 실수로 전원면 공진이 발생하는 일을 방지할 수 있습니다.

3. 보드 외 및 보드 간 저속 통신에 직렬 저항기 추가
   이 방법은 매우 유용합니다. 병렬 LCD 버스 및 SPI와 같은 저속 통신 인터페이스의 경우, 보드에서 전송되기 전에 각 트랙에 0옴 직렬 저항기를 포함하세요. 보드가 방출 테스트에 불합격하는 경우 10R-33R 종단 저항기를 대신 포함하여 고조파를 완화하고 방출을 줄일 수 있습니다.

4. 모든 SMPS 입력에 Pi 필터 적용
   SMPS의 전압 입력에 EMI 필터가 없는 설계는 전도성 방출 테스트에서 불합격할 가능성이 높습니다. 각 SMPS의 입력에는 항상 pi 필터와 같은 EMI 필터를 포함해야 합니다.

개인적으로는 3번 팁에서 한 단계 더 나아가, EMC 규정 준수를 위한 설계가 처음인 경우 추가 커패시터, 페라이트 및 기타 필터 컴포넌트를 위한 풋프린트를 보드에 추가하도록 권장합니다. 보드에 풋프린트를 추가하는 데에는 약간의 공간만 더 필요할 뿐입니다. 그러나 추후 이러한 공간을 추가하고 다른 보드 수정 사항도 적용하려면 많은 비용과 시간이 소요될 수 있습니다. 저는 여러 패시브 컴포넌트가 누락된 양산형 상업용 보드를 많이 보았습니다. 여러분은 이러한 보드를 만든 제조업체가 비용 절감을 위해 이러한 컴포넌트를 제거하고 별일 없을 거라고 생각했을 줄로 짐작하겠지만, 사실 이는 엔지니어가 EMC 문제가 발생할 수 있겠다고 생각하고는 이러한 풋프린트를 추가하는 것으로 안전책을 강구한 것일 수도 있습니다.

• EMC 규정 준수에 도움이 되는 설계 옵션에 대해 자세히 알아보기

이 글의 내용과 관련하여 현명한 조언을 해주신 QAI Labs의 EMC 영업 엔지니어 Simon Howkins와 EMC 본부장 Parm Singh에게 감사의 말씀을 전합니다. 또한 EMC 패스트 패스(EMC Fast Pass)의 Andy Eadie는 지난 수년간 훌륭한 전자책과 교육을 통해 귀중한 리소스를 제공했으며, 가장 최근에는 앞서 소개한 팁을 알려 주었습니다. EMC 인증은 단순한 우수 설계 관행을 넘어 매우 복잡한 주제입니다. 전 세계의 EMC 규정에는 미묘한 차이가 너무 많으므로, 프로젝트의 성공을 보장하기 위해서는 EMC 규정 관련 사항을 전문가와 협력하여 해결하는 것이 좋습니다. 프로젝트 계획 초기부터 QAI와 같은 회사와 협업하면 제품에 집중할 수 있으며, 규정 준수 테스트에 대한 스트레스를 대폭 줄일 수 있습니다. 여러분의 사업과 관련된 EMC 설계 및 테스트에 대한 경험이 쌓이면 전문가의 사전 인증과 지침을 활용할 필요성이 낮아지지만, 항상 프로젝트 계획에 이를 포함시키는 것이 좋습니다.

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