- EMI 표준 – 어떻게 시작 되었습니까?
- 전자기 간섭 (EMI)이란 무엇입니까?
- 전자기 간섭 (EMI)의 유형
- EMI의 특성
- EMI 커플 링 메커니즘
- 전자기 간섭 및 호환성
- 전자기 차폐 – EMI로부터 설계 보호
- 실용적인 고려 사항 보호
- EMI 테스트를 통과하는 모범 사례
인증은 일반적으로 새로운 하드웨어 제품을 개발하는 동안 가장 비싸고 지루한 단계 중 하나입니다. 당국은 제품이 기능과 관련하여 규정 된 모든 법률 및 지침을 준수하고 있음을 알 수 있습니다. 이러한 방식으로 특정 제품의 성능을 보장하여 위험을 방지하고 사용자에게 해를 끼칠 수 있습니다. 이 단계는 일반적으로 지루하지만, 제품 회사가 마지막 순간의 복잡성을 없애기 위해이를 미리 계획하는 것이 중요합니다. 오늘 기사에서는 EMI 설계 표준을 살펴 보겠습니다.이것은 디자이너가 고품질 제품을 개발하기 위해 염두에 두어야하는 매우 일반적인 관행입니다. EMI를 자세히 살펴보고 유형, 특성, 사양 및 표준, 결합 및 차폐 메커니즘, EMI 테스트 통과를위한 모범 사례를 검토 할 것입니다.
EMI 표준 – 어떻게 시작 되었습니까?
EMI (전자기 간섭) 규격은 원래하도록 만들어진 전자기 간섭으로부터 보호하는 전자 회로 들이 처음으로 설계 한 방법을 수행하는 것을 방지 할 수있다. 이러한 간섭으로 인해 장치가 완전히 오작동하여 사용자에게 위험해질 수 있습니다. 그것은 1950 년대에 처음 관심사가되었고, 내비게이션 시스템의 전자기 간섭으로 인한 내비게이션 실패로 인한 몇 가지 주목할만한 사고와 우발적 인 무기 방출로 이어지는 레이더 방출로 인해 주로 군대의 관심사가되었습니다. 따라서 군대는 시스템이 서로 호환되도록하고 한 시스템의 작동이 다른 시스템에 영향을 미치지 않도록하기를 원했습니다.
Asides 군용 응용 프로그램, 최근 Pacemakers 및 기타 종류의 CIED와 같은 의학 및 건강 관련 솔루션의 발전은 이와 같은 장치의 간섭이 생명을 위협 할 수있는 상황으로 이어질 수 있기 때문에 EMI 규정의 필요성에 기여했습니다.
다른 시나리오 중에서도 EMI 간섭 표준을 수립 하고 많은 수의 EMC 규제 기관이 수립되었습니다.
전자기 간섭 (EMI)이란 무엇입니까?
전자기 간섭은 전자 장치의 적절한 기능을 방해하는 원치 않는 전자기 에너지 로 정의 될 수 있습니다. 모든 전자 장치 는 회로와 전선을 통해 흐르는 전기가 완전히 차단되지 않기 때문에 일정량의 전자기 복사를 생성 합니다. 장치 "A"의이 에너지는 전자기 복사로 공기를 통해 전파되거나 다른 장치 "B"의 I / O 또는 케이블에 결합 (또는 함께 전도)되어 장치 B의 작동 균형을 방해 하여 장치가 때로는 위험한 방식으로 오작동 합니다. 장치 B의 작동을 방해하는 장치 A의이 에너지를 전자기 간섭이라고합니다 .
간섭은 때때로 뇌우와 같은 자연적인 원인에서 발생할 수도 있지만 대개는 근접한 다른 장치의 동작으로 인해 발생합니다. 모든 전자 장치는 일부 EMI를 생성하지만 특히 휴대폰, LED 디스플레이 및 모터와 같은 특정 종류의 장치는 다른 장치에 비해 간섭을 생성 할 가능성이 높습니다. 격리 된 환경에서는 어떤 장치도 작동 할 수 없기 때문에 간섭을 최소한으로 유지하려면 장치가 특정 표준을 준수하는지 확인하는 것이 중요합니다. 이러한 표준 및 규정은 EMI 표준으로 알려져 있으며 이러한 표준이 법인 지역 / 국가에서 사용 / 판매되는 모든 제품 / 장치는 사용하기 전에 인증을 받아야합니다.
전자기 간섭 (EMI)의 유형
표준 및 규정을 살펴보기 전에 제품에 내장되어야하는 내성의 종류를 더 잘 이해하기 위해 EMI 유형을 조사하는 것이 중요 할 수 있습니다. 전자기 간섭은 다음과 같은 여러 요인에 따라 유형으로 분류 할 수 있습니다.
- EMI의 출처
- EMI 기간
- EMI의 대역폭
우리는 이러한 각 범주를 차례로 살펴볼 것입니다.
1. EMI의 출처
EMI를 유형으로 분류하는 한 가지 방법은 간섭의 원인과 생성 방법을 조사하는 것입니다. 이 범주에는 기본적으로 자연적으로 발생하는 EMI와 인공 EMI의 두 가지 유형의 EMI가 있습니다. 천연 EMI는 자연 현상의 결과 조명 전기 폭풍과 유사한 현상처럼 발생할 전자기 간섭을 지칭한다. 반면에 사람이 만든 EMI 는 간섭을받는 장치 (수신기) 주변의 다른 전자 장치의 활동으로 인해 발생하는 EMI 를 말합니다. 이러한 유형의 EMI의 예로는 무선 주파수 간섭, 음향 장비의 EMI 등이 있습니다.
2. 간섭 기간
EMI는 또한 간섭의 지속 시간, 즉 간섭이 발생한 기간에 따라 유형으로 분류됩니다. 이를 기반으로 EMI는 일반적으로 연속 EMI와 임펄스 EMI의 두 가지 유형으로 그룹화됩니다. 연속 EMI는 연속적으로 소스에 의해 방출되는 EMIS을 말한다. 소스는 인위적이거나 자연적 일 수 있지만 EMI 소스와 수신기 사이에 결합 메커니즘 (전도 또는 복사)이 존재하는 한 간섭은 지속적으로 발생합니다. 임펄스 EMI간헐적으로 또는 매우 짧은 기간 내에 발생하는 EMI입니다. 연속 EMI와 마찬가지로 Impulse EMI는 자연적으로 발생하거나 사람이 만들 수도 있습니다. 예를 들어 스위치, 조명 및 주변에 연결된 시스템의 전압 또는 전류 평형을 방해하는 신호를 방출 할 수있는 유사한 소스에서 발생하는 임펄스 노이즈가 포함됩니다.
3. EMI의 대역폭
EMI는 대역폭을 사용하여 유형으로 분류 할 수도 있습니다. EMI의 대역폭은 EMI가 경험하는 주파수 범위를 나타냅니다. 이를 바탕으로 EMI는 협 대역 EMI와 광대역 EMI로 분류 할 수 있습니다. 협 EMI는 일반적으로 가능 발진기의 형태에 의해 또는 송신기 왜곡의 종류로 인해 발생하는 불요 신호의 결과로서 생성되는 단일 주파수 또는 간섭 주파수의 협 구성된다. 대부분의 경우 일반적으로 통신 또는 전자 장비에 미미한 영향을 미치며 쉽게 조정할 수 있습니다. 그러나 이들은 여전히 강력한 간섭 원이며 허용 가능한 한도 내에서 유지되어야합니다. 광대역 EMIS단일 / 이산 주파수에서 발생하지 않는 EMI입니다. 그들은 자기 스펙트럼의 많은 부분을 차지하고 다른 형태로 존재하며 다른 인공 또는 자연 소스에서 발생할 수 있습니다. 일반적인 원인은 아크 및 코로나를 포함하며 디지털 데이터 장비에서 EMI 문제의 상당 부분을 나타냅니다. 자연적으로 발생하는 EMI 상황의 좋은 예는 태양 에너지가 통신 위성의 신호를 방해하는 결과로 발생하는 "일광 중단"입니다. 다른 예는 다음과 같습니다. 모터 / 발전기의 브러시 결함, 점화 시스템의 아크, 전력선 결함 및 형광등 불량으로 인한 EMI.
EMI의 특성
앞에서 설명한 EMI는 E (전기) 및 H (자기) 필드 구성 요소로 구성된 전자기파로, 아래에 표시된 것처럼 서로 직각으로 진동합니다. 이러한 각 구성 요소는 주파수, 전압, 거리 및 전류와 같은 매개 변수에 다르게 반응 하므로 문제를 명확하게 해결하기 전에 EMI의 특성을 이해하고 어느 것이 지배적인지 파악하는 것이 중요합니다.
예를 들어, 전기장 구성 요소의 경우 EMI 감쇠는 전도성이 높은 재료를 통해 개선 될 수 있지만 투과성이 증가한 재료에 의해 감소되어 반대로 자기장 구성 요소에 대한 감쇠가 향상됩니다. 따라서 E- 필드가 지배적 인 EMI를 가진 시스템에서 증가 된 투자율은 감쇠를 감소 시키지만 H- 필드가 지배하는 EMI에서 감쇠는 향상 될 것입니다. 그러나 최근 전자 부품을 만드는 데 사용되는 기술의 발전으로 인해 전자장 은 일반적으로 간섭의 주요 구성 요소입니다.
EMI 커플 링 메커니즘
EMI 결합 메커니즘은 EMI가 소스에서 수신기 (영향을받는 장치)로 가져 오는 방법을 설명합니다. EMI의 특성과 소스에서 수신기로 연결되는 방식을 이해하는 것이 문제 해결의 핵심입니다. 두 가지 구성 요소 (H- 필드 및 E- 필드)로 구동되는 EMI는 전도, 방사, 정전 용량 결합 및 유도 결합과 같은 4 가지 주요 유형의 EMI 결합 을 통해 소스에서 수신기로 결합됩니다. 커플 링 메커니즘을 차례로 살펴 보겠습니다.
1. 전도
전도 결합 은 EMI의 소스와 수신기를 함께 연결하는 전도체 (와이어 및 케이블)를 따라 EMI 방출이 전달 될 때 발생합니다. 이러한 방식으로 결합 된 EMI는 전원 공급 장치 라인에서 일반적이며 일반적으로 H 필드 구성 요소에서 무겁습니다. 전력선의 전도 커플 링은 공통 모드 전도 (간섭이 + ve 및 -ve 라인 또는 tx 및 rx 라인 에서 동 위상으로 나타남) 또는 차동 모드 전도 (간섭이 두 전도체에서 위상이 다르게 나타남) 일 수 있습니다. 전도 결합 간섭에 대한 가장 인기있는 솔루션은 케이블을 통해 필터와 차폐를 사용하는 것입니다.
2. 방사선
방사선 커플 링 은 EMI 커플 링의 가장 인기 있고 일반적으로 경험하는 형태입니다. 전도와 달리 간섭이 공간을 통해 수신기로 방출 (방사)되므로 소스와 수신기 사이의 물리적 연결이 필요하지 않습니다. 방사 EMI의 좋은 예는 앞서 언급 한 태양 정전입니다.
3. 용량 성 결합
이것은 두 개의 연결된 장치간에 발생합니다. 소스의 변화하는 전압이 희생자에게 용량 적으로 전하를 전송할 때 용량 성 결합 이 존재합니다.
4. 유도 / 자기 결합
이것은 전자기 유도 원리를 기반으로 가까운 다른 도체에서 도체가 간섭을 유도하여 발생하는 EMI의 종류를 나타냅니다.
전자기 간섭 및 호환성
EMI 표준은 전자기 호환성 (EMC) 이라고하는 규제 표준의 일부라고 할 수 있습니다. 여기에는 다른 장치와 공존 할 수 있고 다른 장치의 성능에도 영향을주지 않고 설계된대로 수행 할 수 있음을 보여주기 위해 장치가 충족해야하는 성능 표준 목록이 포함되어 있습니다. 이러한 EMI 표준은 기본적으로 일반 EMC 표준의 일부입니다. 이름은 일반적으로 같은 의미로 사용되지만 명확한 차이점이 있지만 후속 기사에서 다룰 것입니다.
국가 및 대륙 / 경제 구역마다 이러한 표준의 변형이 다르지만이 기사에서는 FCC (연방 통신위원회) 표준을 고려할 것 입니다. "의도하지 않은"무선 주파수를 규제하는 FCC 표준의 Title 47: Telecommunications의 Part 15에 따르면 두 가지 등급의 장치가 있습니다. 클래스 A 및 B.
클래스 A 장치는 산업, 사무실, 가정을 제외한 모든 곳에서 사용하기위한 장치이며, CLass B 장치는 다른 환경에서 사용 함에도 불구하고 가정용 장치입니다.
전도 결합 방출과 관련하여 가정에서 사용되는 클래스 B 장치의 경우 방출은 아래 표에 표시된 값으로 제한 될 것으로 예상됩니다. 다음 정보는 전자 연방 규정 웹 사이트에서 가져온 것입니다.
들어 클래스 A 장치 한계가 있습니다;
방사 방출의 경우, 클래스 A 장치는 지정된 주파수에 대해 아래 한도 내에서 유지되어야합니다.
주파수 (MHz) |
µV / m |
30에서 88 |
100 |
88에서 216 |
150 |
216에서 960 |
200 |
960 이상 |
500 |
반면에 대한 클래스 B의 장치의 한계이다;
주파수 (MHz) |
µV / m |
30에서 88 |
90 |
88에서 216 |
150 |
216에서 960 |
210 |
960 이상 |
300 |
이러한 표준에 대한 자세한 정보는 다른 규제 기관의 페이지에서 찾을 수 있습니다.
장치에 대한 이러한 EMC 표준을 준수하려면 개별 구성 요소 수준, 보드 / PCB 수준, 시스템 수준 및 전체 시스템 수준의 4 가지 수준에서 EMI 보호 가 필요 합니다. 이를 달성하기 위해 두 가지 주요 조치가 있습니다. 필터링과 같은 다른 중요한 조치도 사용되지만 전자기 차폐 및 접지 가 일반적으로 사용됩니다. 대부분의 전자 장치의 밀폐 된 특성으로 인해 EMI 차폐 는 일반적으로 EMC 표준 준수를 보장하기 위해 방사 및 전도 EMI를 모두 포함하는 시스템 수준에 적용됩니다. 따라서 우리는 EMI 보호 를위한 수단으로 차폐와 관련된 실질적인 고려 사항을 살펴볼 것 입니다.
전자기 차폐 – EMI로부터 설계 보호
차폐는 전자 제품에서 EMI를 줄이기 위해 채택 된 주요 조치 중 하나입니다. 전자 장치 또는 케이블에 금속 인클로저 / 실드를 사용합니다. 전체 제품을 차폐하는 데 비용이 너무 많이 들거나 비현실적인 특정 장비 / 상황에서는 EMI 소스 / 싱크가 될 수있는 가장 중요한 구성 요소 가 차폐 됩니다. 이는 대부분의 사전 인증 된 통신 모듈 및 칩에서 특히 일반적입니다.
물리적 차폐는 파동의 반사 및 흡수를 통해 EMI 신호를 감쇠 (약화)하여 EMI를 줄입니다. 금속 차폐 는 EMI의 H- 필드 구성 요소를 흡수하기 위해 높은 투자율을 유지하면서 E- 필드 구성 요소를 반사 할 수 있도록 설계되었습니다. 케이블에서 신호 와이어는 한쪽 또는 양쪽 끝이 접지 된 외부 전도성 레이어 로 둘러싸여 있으며 인클로저의 경우 전도성 금속 하우징 이 간섭 차폐 역할을합니다.
이상적으로 완벽한 EMC 인클로저는 강철과 같은 고밀도 소재로 만들어지고 케이블없이 모든면이 완전히 밀봉되어있어 파도가 들어오고 나가지 않도록하는 것이지만, 인클로저에 대한 저렴한 비용, 열 관리, 유지 보수, 전원 및 데이터 케이블은 이러한 이상을 비실용적으로 만듭니다. 각 구멍이 EMI에 대한 잠재적 인 진입 / 출구 지점이되기 때문에 설계자는 하루가 끝날 때 장치의 전체 성능이 여전히 EMC 표준의 허용 범위 내에 있는지 확인하기 위해 몇 가지 조치를 취해야합니다..
실용적인 고려 사항 보호
위에서 언급했듯이 인클로저 또는 차폐 케이블로 차폐 할 때 몇 가지 실질적인 고려 사항이 필요합니다. 중요한 EMI 가능성이있는 제품 (건강, 항공, 전력, 통신, 군사 등)의 경우 제품 설계 팀이 차폐 및 일반 EMI 상황에 대한 관련 경험이있는 개인으로 구성되는 것이 중요합니다. 이 섹션에서는 가능한 팁 또는 EMI 차폐에 대한 광범위한 개요를 제공합니다.
1. 캐비닛 및 인클로저 디자인
위에서 언급했듯이 환기 그릴, 케이블 구멍, 문 및 스위치와 같은 용도로 사용할 특정 구멍없이 인클로저를 설계하는 것은 불가능합니다. EM 파가 EMI 용어로 인클로저에 들어 오거나 나갈 수있는 크기 나 모양에 관계없이 인클로저의 이러한 개구부를 슬롯 이라고 합니다. 슬롯은 RFI 주파수에 상대적인 길이와 방향으로 인해 도파관으로 바뀌지 않는 방식으로 설계되어야하며, 환기 그릴의 경우 슬롯의 크기와 배열은 열 요구 사항을 유지하는 데 필요한 공기 흐름간에 적절한 균형을 유지해야합니다. 필요한 신호 감쇠와 관련된 RFI 주파수를 기반으로 회로망과 EMI를 제어하는 기능.
군사 장비와 같은 중요한 응용 분야에서 문과 같은 슬롯은 일반적으로 EMI 개스킷이라는 특수 개스킷으로 묶여 있습니다. 그들은 니트 와이어 메쉬 및 금속 나선형 개스킷을 포함하여 다양한 유형으로 제공되지만 개스킷을 선택하기 전에 여러 설계 요소 (일반적으로 비용 / 이점)를 고려합니다. 전반적으로 슬롯 수는 가능한 한 적고 크기는 가능한 한 작아야합니다.
2. 케이블
케이블 구멍이있는 특정 인클로저가 필요할 수 있습니다. 이것은 인클로저 설계에서도 고려되어야합니다. 에
이 외에도 케이블은 중요한 장비에서와 같이 전도성 EMI의 수단으로도 사용되며 케이블은 편조 차폐를 사용하여 접지됩니다. 이 방법은 비용이 많이 들지만 더 효과적입니다. 그러나 저비용 상황에서는 페라이트 비드 와 같은 기성 솔루션 이 케이블 가장자리의 특정 위치에 배치됩니다. PCB 보드 수준에서 필터는 입력 전원 라인을 따라 구현됩니다.
EMI 테스트를 통과하는 모범 사례
특히 보드 수준에서 EMI를 점검하기위한 EMI 설계 사례 중 일부는 다음과 같습니다.
- 사용 모듈 사전은-인증. 특히 통신의 경우 이미 인증 된 모듈을 사용하면 팀이 차폐에서 수행해야하는 작업의 양이 줄어들고 제품에 대한 인증 비용이 절감됩니다. 전문가 팁: 프로젝트를위한 새 전원 공급 장치를 설계하는 대신 기존의 상용 전원 공급 장치와 호환되도록 프로젝트를 설계하십시오. 이를 통해 전원 공급 장치 인증 비용을 절감 할 수 있습니다.
- 전류 루프를 작게 유지하십시오. 유도 및 복사에 의해 에너지를 결합하는 전도체의 능력은 안테나 역할을하는 더 작은 루프로 낮아집니다.
- 구리 인쇄 회로 (PC) 보드 트레이스 쌍의 경우 서로 위와 아래에 정렬 된 넓은 (낮은 임피던스) 트레이스를 사용합니다.
- 기본적으로 가능한 전원 모듈에 가까운 간섭 원에서 필터를 찾습니다. 필터 구성 요소 값은 원하는 감쇠 주파수 범위를 염두에두고 선택해야합니다. 예를 들어, 커패시터는 특정 주파수에서 자체 공진하며 그 이상으로 유도 성으로 작동합니다. 바이 패스 커패시터 리드를 가능한 짧게 유지하십시오.
- 잠재적으로 취약한 회로에 대한 노이즈 소스의 근접성을 고려하여 PCB에 부품을 배치합니다.
- 디커플링 커패시터 를 컨버터, 특히 X 및 Y 커패시터에 최대한 가깝게 배치하십시오.
- 가능한 경우 접지면을 사용하여 방사 결합을 최소화하고 민감한 노드의 단면적을 최소화하며 공통 모드 커패시터와 같이 방사 할 수있는 고전류 노드의 단면적을 최소화합니다.
- SMD (표면 실장 장치) 는 인덕턴스가 감소하고 구성 요소를 더 가깝게 배치 할 수 있기 때문에 RF 에너지를 처리하는 데있어 리드 형 장치보다 낫습니다.
대체로 개발 프로세스 중에 이러한 설계 경험을 가진 개인을 팀에 두는 것이 중요합니다. 이는 인증 비용을 절감하고 시스템 및 성능의 안정성과 신뢰성을 보장하기 때문입니다.