손쉬운 EMC 설계(PCB 및 시스템 설계자를 위한)

오늘 날 전기 전자산업의 급속한 발전은 시간과 장비의 싸움이고 최근 IT분야는 글로벌 경쟁 체제의 가속화로 하루가 다르게 업계 판도가 바뀌고 있는 상황에 제품 Hardware의 경쟁력은 신호 무결성(Signal Integrity), 전원 무결성(Power Integrity) 그리고 EMI/EMC의 3가지 영역에서 얼마나 효과적이고 짧은 기간에 대응 하느냐에 달려있다. 특히 이러한 SI, PI, EMI/EMC 영역은 제품의 신뢰성과 품질에 직결하는 사항으로 엔지니어가 늘 겪게 되는 피할 수 없는 길목으로 제품 출하 전에 반드시 소정의 시험/테스트 과정을 거쳐 승인 받아야 할 단계로 대부분의 엔지니어에게 가장 시간과 노력이 요구되는 분야이다.



이 분야의 대부분의 출판물은 원서가 대부분이고 그나마 어려운 수식(Maxwell)과 복잡한 공식이나 수학적 전개로 인해 디지털에 익숙한 대부분의 엔지니어들은 이해가 어렵고 실제 설계에 적용하는데 한계를 느끼는 상황인 바, 역자는 현업에서 얻은 경험을 체계적으로 정리하여 후배 엔지니어들과 공유 방안을 검토하던 중에 EMC분야의 최고 권위자 중에 한 분인 Mark I. Montrose의 "EMC Made Simple "을 접하고 이를 번역 출간하여 이 분야에 좀 더 근원적이고 쉬운 접근이 가능토록 노력하였다. SI, PI, EMI/EMC 분야는 수억대의 소프트웨어나 장비가 있어야 되는 것이 아니라 설계자의 머리에 각종 Noise 현상들에 대한 개념을 이해하고 실 설계에서 직관적인 이해와 판단이 중요하다.



본 서는 총 6개의 장으로 구성되면 1장은 맥스웰의 간략화로 맥스월 방정식은 모든 EMI/EMC 현상의 근간이 되는 법칙으로 수학적 의미 보다는 맥스웰 방정식이 가지는 EMI현상에 대한 물리적 의미를 이해하는데 역점을 두었고, 2장 인덕턴스에서는 고속 신호 전송에 가장 큰 장애가 되는 선로의 인덕턴스를 정의하고 이와 관련된 각종 현상을 다루었고, 3장 전송선로에서는 케이블이나 PCB 패턴에 대한 신호 전송 원리 및 분석 방법(SI)을 주로 다루었다. 4장에서는 전원 분배네트워크 즉 PCB상의 전원과 접지/귀환 선로에서의 각종 현상과 노이즈 저감을 통한 전원 무결성(PI)을 확보하는 방안에 대해 다루었다. 5장 접지에서는 모든 회로의 기준이 되는 접지에 대해 EMC적 관점에서 설명하였다. 마지막 6장 차폐에서는 실제 설계에서 가장 많이 응용하는 기법으로 제품에서의 잡음(Noise) 차폐와 밀폐의 개념과 원리를 주로 다루었고 필터링 기술도 서술하였다.



본 서가 설계자에게 복잡하고 난해한 EMC현상에 대한 쉽고 직관적인 이해에 도움이 되었으면 하는 바램으로 번역하였으며 제품 설계자나 평가자, 테스트 엔지니어분들에게 EMC분야의 하나의 기본적인 지침서가 되었으면 한다.

1. EMC/맥스웰의 간략화
1.1 시간 영역과 주파수 영역
1.2 전자기장의 역사
1.3 전자기장 개요
1.4 안테나의 정의 : 전자기장 발생원으로부터 장(field)의 전파
1.5 전기장과 자기장 발생원 사이의 관계
1.6 안테나의 요소로 표현한 전자기장
1.7 맥스웰 방정식의 주파수 영역에서 시간 영역으로의 변환
1.8 자기력선의 상쇄
1.9 표피 효과와 리드 인덕턴스
1.10 공통 모드와 차동 모드란?
1.11 안테나 효율
1.12 RF 에너지 축소의 기본 원리와 개념
1.13 숨겨진 회로(수동 소자의 기생 파라메터)

2. 인덕턴스 개요
2.1 인덕턴스의 종류
2.2 RF 귀환 전류에 대한 임피던스와 전송선의 영향
2.3 PCB 설계와 트레이스(trace) 길이와 연관된 인덕턴스

3. 전송선 이론
3.1 전송선 이론과 신호 무결성(Signal Integrity)의 정의
3.2 고속 신호 무결성과 관련된 주요 관심사
3.3 전송선로의 구조 정의
3.4 전송선로의 종류
3.5 일반적인 전송선 시스템
3.6 PCB 상의 전송선 구조(무손실과 손실 모델)
3.7 신호 전파에서 전송선 효과
3.8 전송선의 종단 처리 개요
3.9 RF 전류 분포
3.10 RF 귀환 경로 분석
3.11 최적의 RF 귀환 경로 설계
3.12 RF 전류 귀환 면의 작동 원리
3.13 이미지 또는 RF 귀환 경로 방해
3.14 비아(Via)를 이용한 층간 이동
3.15 면 분할과 RF 귀환 경로 불연속에 대한 영향
3.16 자계 상쇄 개념(RF 귀환 전류 최적화)

4. 전원 분배망(Power Distribution Network, PDN)
4.1 최적 전원 분배의 필요성
4.2 전송선으로서의 전원 분배망(PDN)
4.3 고성능(enhanced) 전원 분배망을 위한 기본 요구 사항
4.4 PCB에 적용되는 커패시터의 정의
4.5 공진
4.6 커패시터의 물리적 특성
4.7 병렬 배치 커패시터
4.8 내부 디커플링 커패시터를 제공하는 전원과 귀환 면
4.9 완전 평면에서의 비아의 영향
4.10 디커플링에서 ESR과 ESL 영향
4.11 전송선에서의 RF 귀환 경로로서의 면
4.12 다중 극점 디커플링 방법
4.13 적절한 디커플링 구현의 효과
4.14 다양한 커패시터 편성에 따른 설명
4.15 전압 레벨 유지를 위한 유효 반경
4.16 PCB의 등가 회로 모델
4.17 PCB 디커플링에서 규칙의 상충
4.18 부품과 커패시터의 패드 크기에 따른 인덕턴스
4.19 바이패스와 디커플링 값 계산
4.20 신호 선로에서의 용량성 효과
4.21 벌크 커패시터 사용
4.22 매립 커패시턴스
4.23 요약 - 전원 분배망 설계 지침

5. 전기적 기준(Referencing)/접지(Grounding)
5.1 기준/접지의 개요
5.2 정의
5.3 다양한 접지 시스템의 정의
5.4 공통 접지 기호
5.5 다른 유형의 0V 기준
5.6 접지의 기본 개념
5.7 접지와 기준에서 기본 고려 사항
5.8 접지 방법론
5.9 전송선 사이의 공통 임피던스 결합 저감
5.10 전원과 귀환 면의 공통 임피던스 결합의 제어
5.11 접지 루프의 차단
5.12 다중-점 접지에서의 공진
5.13 신호와 접지 루프

6. 차폐(Shielding), 밀폐(Gasketing), 및 필터링 간략화
6.1 차폐의 필요성
6.2 기본 차폐 방정식
6.3 차폐 효율 이론
6.4 차폐 물질에 의한 손실
6.5 차폐 장벽의 개구부
6.6 차폐 장벽의 관통
6.7 케이블 차폐의 접지와 종단 처리
6.8 차폐 격실
6.9 가스켓의 응용과 구현
6.10 전도성 코팅
6.11 필터(Filters)

Mark I. Montrose