다중 보드 시스템에서의 플렉스 PCB 케이블로 인한 EMI

플렉스 인쇄 회로 케이블은 전자 제품에서 공간을 절약하고 접을 수 있는 애플리케이션을 가능하게 하는 데 매우 유용합니다. 플렉스 인쇄 회로 케이블은 또한 일부 회로를 장착할 수 있게 하며, 강화재와 장착 구멍을 통합함으로써 독특한 고정 방법을 케이스에 가능하게 합니다. 유연한 인쇄 회로가 표준 유선 케이블 옵션보다 더 비쌀 수 있지만, 설계 및 제조 비용을 확실히 상쇄하는 더 높은 가치의 애플리케이션을 가능하게 할 수 있습니다.

다른 보드 간 연결과 마찬가지로, 플렉스 PCB도 EMI 문제를 경험할 수 있습니다. 이는 플렉스 인터커넥트의 신호를 위한 커넥터에서 방출되는 EMI나 외부 소스에서 오는 케이블을 포함합니다. 플렉스 케이블의 독특한 구조는 매우 견고한 군사 및 항공우주 시스템을 포함한 많은 설계에 고려해야 할 흥미로운 해결책을 제공합니다. 이 글에서는 유연한 인쇄 회로 케이블에서 EMI 도전을 다루는 설계 요소에 대해 설명하겠습니다.

플렉스 인쇄 회로 케이블 사용으로 인한 EMI

플렉스 인쇄 회로 케이블을 사용하는 장치는 초소형 디지털 장치부터 자동차, 군사, 항공 용도의 고내구성 시스템에 이르기까지 응용 분야가 매우 다양합니다. 플렉스 인쇄 회로 케이블은 대부분 장치 내부에 있으며 외부 환경에 노출되지 않습니다. 모듈러 제품과 같은 일부 제품에서는 플렉스 케이블이 외장 밖으로 노출되며, 이 경우 다른 EMI 내성 특성을 가지게 됩니다.

ZIF 커넥터/엣지 커넥터용 금 손가락으로 종료되는 대신, 플렉스 인쇄 회로는 표준 보드 대 보드 커넥터로 종료될 수 있으며, 그 커넥터 종료 지점이 ESD 펄스와 같은 EMI가 시스템에 들어올 수 있는 지점이 될 수 있습니다. EMI에 대한 이러한 위험 요소를 인식한 후, 플렉스 인쇄 회로에서 EMI를 억제하거나 방지하기 위해 사용할 수 있는 몇 가지 설계 관행이 있습니다.

해칭 접지 및 해치 밀도

고속 또는 고전력을 지원하는 유연 회로 기판의 주요 도전 중 하나는 고체 평면을 사용할 수 없다는 것입니다. 전력을 라우팅하는 유연 케이블의 경우, 이는 종종 필요에 따라 유연 케이블을 형성하고 구부릴 수 있으면서도 필요한 전류 운반 능력을 제공할 수 있는 해칭된 구리 층이 여러 개 있음을 의미합니다. 신호 라우팅의 경우, 트레이스 임피던스를 정의하고 신호선에서 방사되는 방출을 줄이기 위해 해칭된 접지면이 필요합니다.

유연 케이블이 너무 많은 크로스토크를 경험하거나 너무 많은 외부 EMI를 픽업하는 경우, 더 조밀한 해칭 접지가 필요할 수 있습니다. 해치 개구부를 줄이면 단위 면적당 구리 양이 증가하고, 이는 평면 층의 차폐 능력을 증가시킬 것입니다. 불행히도, 고속 신호에 대한 전력 요구 사항과 채널 대역폭 요구 사항이 너무 높아져 유연 케이블이 더 이상 유용하지 않게 되고, 표준 유선 케이블이 필요하게 될 수 있습니다.

해치드 평면에서 구리 대 해치 개구부의 채움 비율은 어떻게 되어야 하나요? 해칭이 사용되는 방식에 따라 일반화된 말을 하기가 매우 어렵습니다. 해칭은 디지털 신호의 접지로 사용되거나 임피던스 제어를 제공하는 데 사용될 수 있으며, 이 경우 해칭된 접지 개구부는 신호의 상승 시간 동안 전파 거리의 일부분보다 작아야 합니다. 전원 및 접지의 경우, 해치 개구부가 플렉스 케이블의 전류 운반 능력을 현저하게 감소시키지 않도록 해야 합니다. 해칭된 평면의 임피던스를 특성화하기 위해, DC 저항 및 열 처리를 시뮬레이션하는 것이 종종 필요합니다.

해칭된 평면 임피던스 시뮬레이션은 해칭의 주기성을 보여주며, 이는 고주파 EMI가 플렉스 PCB 케이블에 의해 수신되거나 방출될 수 있음을 허용합니다.

연결 커넥터로부터의 방사

신호가 연결 커넥터를 통해 전환될 때 방사 방출의 원인이 될 수 있으며, 이는 표면 실장 커넥터, 도금된 핑거용 ZIF 커넥터, 그리고 관통 구멍 핀 커넥터에서 발생할 수 있습니다. 고속 디지털 연결에 사용되는 플렉스 케이블은 주로 커넥터 핀아웃에 충분한 접지가 없기 때문에 연결 커넥터로부터의 방사 방출 문제를 확실히 겪을 수 있습니다. 전력을 전달하는 플렉스 연결도 여러 가지 이유로 방출의 원인이 될 수 있습니다. 연결 커넥터가 방출을 일으키는 몇 가지 일반적인 이유는 다음과 같습니다:

• 매우 고속 신호에 의해 본 임피던스 불일치
• 트레이스에서의 공통 모드 노이즈, 플렉스 케이블에서 방사됨
• 스위칭 노이즈를 케이블로 허용하는 불충분한 필터링
• 커넥터 핀아웃에서의 접지 부족
• 보호된 커넥터에 케이블 실드를 잘못 사용함
• 커넥터 실드를 시스템 접지가 아닌 섀시 링 접지에 연결함

이 플렉스 케이블용 연결 커넥터는 일반적으로 접지 부족이나 신호 반사로 인해 방사 방출의 원인이 될 수 있습니다.

신호와 전력의 좋은 결합을 유지하기 위해 접속 인터페이스 양쪽에서 몇몇 핀을 접지로 할당하십시오. 이것은 플렉스 인터커넥트를 통해 접지를 연결하고 신호가 참조 도체의 분할을 건너지 않도록 보장할 것입니다. 커넥터의 차폐에 관해서는, 이들은 종종 외부 환경에 노출되지 않으므로, 인클로저 내부에서 차폐된 커넥터를 사용하는 것이 플렉스 케이블 디자인에 이점을 가져다주지 않을 수 있습니다.

플렉스 케이블 신호 및 전력 라인의 필터링

강성 PCB와 케이블의 시스템에서와 마찬가지로, 방사된 및 전도된 EMI를 해결하기 위해 입력 및 출력에 필터링을 사용할 수 있습니다. 플렉스 케이블을 통한 전도 방출을 줄임으로써, 불충분하게 접지된 접속 인터페이스로 노이즈가 전파되면 방사된 EMI도 줄일 수 있습니다. 필터링 옵션은 플렉스 케이블에 직접 또는 강화재가 있는 강성 섹션에 사용할 수 있습니다:

• SMD 초크로 공통 모드 노이즈 처리
• 고차 필터 모듈
• 별도의 구성 요소로 구성된 RC 또는 LC 필터
• DC 전력 라인이나 DC 신호에 페라이트

특히 전력이 플렉스 케이블의 입력이나 출력에서 제공될 때, 필터 모듈 옵션이 매우 마음에 듭니다. 이 모듈들은 킬로헤르츠 범위에서 급격한 롤오프를 가진 고차 필터링을 제공할 수 있어, DC 전력에서 노이즈를 제거하는 데 매우 유용합니다. 아래에는 Altium Designer 플라이백 컨버터 프로젝트에서의 무라타 예시가 나와 있습니다.

무라타 필터 모듈 (PN: BNX026H01L)은 주로 DC 전력 연결을 위한 고차 저역 통과 필터링을 제공합니다.

해치드 플레인이 있는 스트립라인

해치드 플레인의 개방으로 인해, 구조물은 EMI에 대해 매우 높은 차폐 효과를 가지지 않을 것입니다. 신호가 너무 민감하거나 엣지 속도가 해치 플레인이 전자기장을 포함하는 데 어려움을 겪을 정도로 빠를 때, 해치드 플레인을 가진 스트립라인 구성을 만드는 것이 해결책이 될 수 있습니다. 신호 레이어 위아래에 해치드 플레인을 배치하여 스트립라인 구조를 만듭니다. 차폐 효과를 극대화하는 가장 좋은 방법은 한 해치드 플레인의 단단한 구리가 다른 플레인의 해치 개방부와 약간 겹치도록 해치 구조를 오프셋하는 것입니다.

어느 시점에서, 1나노초 미만의 에지 속도를 가진 신호는 너무 빨라져서 해치 구조가 신호 무결성을 유지하지 못하고 너무 많은 방사된 EMI를 허용하게 됩니다. 이 시점에서, 케이블이 더 나은 옵션이 됩니다. 이러한 연결 장치는 차동이 되는 경향이 있는데, 이는 소음을 포함하는 데 도움이 됩니다. 커넥터 공급업체는 커넥터 결합 표면에서 임피던스 매칭을 제공하는 고대역폭 차동 신호 전파를 지원하는 여러 옵션을 제공합니다. 신호 무결성과 EMC 요구 사항을 지원할 수 있는지 확인하려면 결합 커넥터의 데이터 속도 사양을 확인하십시오.

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마무리하자면, 신호가 너무 빠르지 않다면, EMI 관점에서 유선 케이블과 동일한 성능으로 플렉스 케이블이 작동할 수 있습니다. 이는 모든 결합 표면과 플렉스 케이블 전체에서 일관된 참조 도체 연결성을 보장하기 위한 적절한 핀아웃 설계도 필요합니다. 특정 노이즈 소스, DC 전력 및 공통 모드 노이즈를 전달할 수 있는 일부 신호에 대해서도 필터가 유용할 수 있습니다.

고속 단일 종단 신호는 임피던스 제어 요구 사항이 있을 때 유연 케이블에서 사용하기에 최적의 옵션이 아닐 수 있습니다. 그러나, 차동 쌍은 접지가 희박한 경우에도, 예를 들어 해치드 그라운드 평면의 경우처럼, 낮은 방사 방출 덕분에 유용할 수 있습니다. 이 경우, 차동 쌍은 해치드 그라운드 위에서의 임피던스 변동을 줄이기 위해 일반적으로 강성 PCB에서 사용되는 것보다 더 가까운 간격이 필요할 수 있습니다.

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