구조적 공명으로 인한 EMI 문제 해결

당신에게도 그런 일이 일어났나요? 전자기 간섭(EMI) 문제를 해결할 때 다양한 구성 요소 조합을 시도하고 관심 있는 신호가 감소하는 것을 확인했습니다. 그러나 또 다른 주파수 신호가 예기치 않게 한계선 위로 올라갔습니다. 또는 인쇄 회로 기판(PCB)에 섀시 평면을 도입했지만 방사 방출이 좋아지기는커녕 훨씬 더 나빠졌습니다. 이것은 "회로의 공명을 조정하는" 전형적인 사례입니다.

대부분의 EMI 방출은 구조적 공진과 관련이 있습니다. 구조적 공진은 전자기 호환성(EMC)이 수수께끼로 남을 수 있는 주요 이유 중 하나이기도 합니다. 엔지니어들은 자신도 모르게 인덕터 및 커패시터와 같은 수동 소자를 추가하여 회로의 공진을 조정하는 데 며칠, 몇 달을 소비하는 경우가 많습니다. 때로는 운이 좋게도 마침내 합격할 수 있는 조합에 도달하는 경우도 있습니다. 하지만 대부분의 경우 해결책을 찾기가 어렵습니다.

구조적 공명이라는 주제에 대해 엄청난 양의 작업이 수행되었으며 이러한 작업의 개요는 참고 자료 1에서 확인할 수 있습니다. 참고 자료 1에는 두 가지 실제 사례 연구도 제시되어 EMI 문제를 식별하고 찾아 해결하는 방법을 보여줍니다. 구조적 공명과 관련이 있습니다.

EMC 엔지니어링에서는 제한된 시간 내에 문제를 해결(연구하지는 않음)해야 하는 경우가 많습니다. 따라서 효과적이면서도 시간을 절약할 수 있는 기술이 권장됩니다. 구조적 공진의 존재를 알리는 표시기가 있으며 엔지니어는 이러한 표시기를 사용하여 공진 구조를 찾아 EMI 문제를 해결하는 방법을 배울 수 있습니다. 또한 이 기사에서는 구조적 공진으로 인해 발생하는 EMI 문제를 해결하는 몇 가지 실용적인 기술도 살펴봅니다. 이러한 기술을 설명하기 위해 사례 연구가 제공됩니다.

구조가 공명하려면 다음 조건이 충족되어야 합니다.

그림 1: 구조적 공명의 일반적인 사례; (a) 와이어 연결이 있는 PCB 2개; (b) 접지점이 동일한 두 개의 캐비닛.

일반적으로 구조적 공명을 찾는 방법에는 분석적, 주파수 영역 및 시간 영역 기술을 포함하는 세 가지 방법이 있습니다.

분석적 접근 방식에는 일반적으로 시스템을 모델링/시뮬레이션하기 위한 경험과 기술적 노하우가 필요합니다. 참고 자료 1에 제시된 사례 연구와 같이 알려진 문제가 있는 소규모 시스템의 경우 간단한 수학적 계산만으로도 테스트 중인 장치(DUT)의 공진 주파수를 추정하기에 충분할 수 있습니다. 종종 분석적 접근 방식은 3D 전파 시뮬레이션이나 일부 특수 EMC 소프트웨어를 통해 달성됩니다.

분석적 접근 방식의 이점은 프로토타입이 제작되기 전에 예측할 수 있다는 것이며, 이 접근 방식은 자동차, 항공우주 및 우주 응용 분야의 설계 및 개발에서 널리 사용됩니다. 이러한 회사는 과거에 검증되었으며 새로운 연구를 위해 쉽게 수정할 수 있는 시뮬레이션 모델을 보유하고 있는 경우가 많습니다. 그러나 기존 모델이 없는 회사의 경우 시뮬레이션을 구축하는 데 비용이 많이 들고 시간이 오래 걸릴 수 있습니다.

주파수 영역에는 두 가지 주요 기술이 있습니다. 자기장 루프에 의한 반사 전력 측정은 참고문헌 2에서 논의되었으며 동일한 방법은 참고문헌 1에서 시연되었습니다. 이 방법은 종종 PC 보드 수준에서 의심스러운 구조를 "스니핑"하기 위해 작은 자기장 루프가 필요합니다. Williams는 추적 생성기가 있는 스펙트럼 분석기를 사용하여 원거리 측정을 도입했습니다(참고자료 3 참조). 추적 생성기 출력에 의해 기준 신호가 DUT에 주입되고 안테나는 응답 신호를 측정하는 데 사용됩니다. 이 방법은 PCB 접지가 인클로저(섀시)와 공진하는 애플리케이션에 특히 유용합니다. 두 가지 방법 모두 실용적이며 소량의 테스트 설정만 필요합니다. 이러한 방법의 단점은 PCB 보드 수준 조사로 제한되는 경우가 많으며 대규모 시스템에는 유용하지 않다는 것입니다.

시간 영역에서는 펄스가 시스템에 주입될 때 RF 전류 모니터링 프로브를 사용하여 공진 전류를 측정하는 방법이 자주 사용됩니다(참고 자료 4 참조). 이는 대규모 시스템의 문제를 해결하거나 여러 PCB가 상호 연결된 경우 효과적인 기술로 사용됩니다.