1.PCB의 EMC설계 대책: Shielding, Pair Track, Track Crosstalk, Power Crosstalk

PCB의 EMC설계 대책: Shielding, Pair Track, Track Crosstalk, Power Crosstalk

10여 년 전 회사에서 PCB 디자인 리뷰를 했습니다. 그때 배운 적도 없고 들어보지도 못한 지적질로 멘털이 나간 적이 있었습니다. 돌이켜 보면 그때 그런 난감했던 상황이 더 성장할 수 있었던 자극제였던 것 같습니다. PCB 디자인 리뷰 때 EMC 강건설계에 대한 지적이 대부분이었습니다. 알지도 못했고 대답할 수도 없었던 나 자신이 너무 화가 나서 ZUKEN사의 EMC Adviser라는 프로그램을 회사에 사달라고 했습니다. 그때당시 수천만 원이었던 프로그램을 아무 말 없이 사 주신 심 XX 부장님께 다시 한번 감사드리고 싶습니다. 그때 배웠던 Zuken사의 EMC Adviser를 하나씩 기억을 되살리며 포스팅해보려 합니다. 참 긴 시간이 될 것 같습니다. 제가 완벽하게 이해하지 못한 부분도 있습니다. 그냥 제가 해석한 내용이기 때문에 가볍게 읽으셨으면 좋겠습니다.

EMC Adviser는 PCB의 EMC 강건설계를 위한 일종의 Check list 개념입니다. 각각의 Check list를 기준으로 어느정도 잘 지켜서 설계되어 있는지를 확인하는 프로그램입니다. NG, OK가 아닌 내가 설계한 PCB가 각 Check list마다 어느 수준까지 반영이 되어 설계가 되었는지 확인이 가능합니다. EMC Adviser에서 제공하는 항목을 기준으로 포스팅을 진행하도록 하겠습니다.

1) Shielding

Clock 라인, high speed signal배선에서는 방사(emission) 노이즈가 발생합니다. 이 노이즈를 효과적으로 줄이는 방법이 shielding입니다. Shielding이란 방사노이즈가 발생하는 배선 주위를 안정적인 전위인 GND 또는 Power를 배치하는 방법을 말합니다. PCB가 단층일 경우 방사 이즈가 발생하는 배선 양 옆으로 GND 또는 Power를 위치시키면 되고 다층 PCB일 경우 Z 축으로도 GND 또는 Power로 Shielging을 해 준다면 방사노이즈를 줄이는데 매우 효과적입니다. 보통 Power 보다는 GND로 shielding을 많이 해 줍니다. GND fencing이라는 표현을 쓰기도 합니다.

2) Pair Track

Differential pair 배선이 Parallel를 벗어나면 방사노이즈가 증가하거나 노이즈 감수성이 약화되는 등의 악영향이 있습니다. 여기서 differential pair의 의미는 차동신호가 쌍으로 나간다는 의미입니다. 좀더 풀어서 설명하면 두 개의 배선이 위상이 서로 반대로 흐르는 신호를 의미하고 Parallel을 벗어난다는 의미는 두 개의 배선이 같은 길이 같은 폭을 유지해야 하는데 어느 한쪽이 어긋나는 경우 신호선의 길이가 달라지기 때문에 신호 라인의 미세한 저항값 변동이 새깁니다. 이런 변동사항이 발생할 경우 정확한 신호 전달이 안될 가능성이 있기 때문에 가능한 두 배선이 평행하게 설계되어야 한다는 가이드입니다.  Tx, Rx라인을 사용하는 통신배선에 적용하면 됩니다. UART, CAN, LIN 등 Tx/Rx라인들은 Parallel 하게 설계하시면 됩니다. 두 선을 나란히 설계하라는 의미입니다. 간격, 두께 그리고 길이도 일정하게 하라는 의미입니다.

3) Track(배선) Crosstalk

노이즈가 발생하기 쉬운 signal 배선 가까이에 노이즈의 영향을 받기 쉬운 signal이 위치해 있으면 crosstalk 노이즈가 발생합니다. crosstalk 노이즈는 방사 노이즈를 발생시키거나 오동작을 일으킬 수 도 있습니다. 대책으로 배선간의 간격을 가능한 넓게 배치합니다. 가능한 넓게 하라는건 PCB를 개발하다 보면 어느 정도 여유가 있을 때가 있고 전혀 여유가 없을 때가 있습니다. 그래서 상황에 맞게 가능한 넓게 하라는 의미입니다. 다르게 생각한다면 1번에서 얘기한 쉴딩(shielding)이 가장 효과적일 수 있습니다.

4) Power(전원) Crosstalk

전원배선은 노이즈가 나오기 쉬운 배선이 근접하는 것으로 crosstalk 노이즈의 영향을 받습니다. crosstalk 노이즈에 의해 방사노이즈가 증가하거나 오동작을 할 수도 있습니다. 해결책으로 전원배선에서 충분히 멀리 배선을 하라는 말입니다. 또 충분히라는 정성적 표현이 나옵니다. 정해진 PCB사이즈에 맞게 충분히 멀리 배선하라는 의미입니다.

 

PCB 설계가 이렇습니다 이론상 그리고 경험상 이렇게 설계하면 좋다라는 리스트가 많이 있습니다. 이걸 다 지켜서 설계를 하다보면 PCB사이즈가 말도 안되게 커져버립니다. 보통 PCB설계자는 정해진 PCB외형과 회로도를 받아서 설계를 합니다. 그렇다 보니 모든 리스트를 반영해서 설계를 할 수 없는 상황이 되어버립니다. 지킬 수 있는건 최대한 지키고 평가를 통해 문제가 없기를 기원하는 식으로 설계가 진행이 됩니다. 문제가 생기면 그때 해결하는 식으로 말이죠. PCB의 EMC 강건설계가 이렇게 어렵습니다. 알아도 설계에 모두 반영을 못하니 말입니다. 

이해가 되시나요? 쉽게 작성한다고 하지만 중간중간에 전문적인 용어들이 나오니 잘 전달이 될 수 있을까 걱정이 됩니다.

 

다음 포스팅에서는 EMC부품의 crosstalk, GND 불가, 패턴용량, Gap상의 배선 방법을 가지고 만나뵙겠습니다.

 

2023.07.11 - [회로설계] - 2. PCB의 EMC설계 대책: EMC Part Crosstalk, Track capacitance, Track on gap, Track near plane edge

2. PCB의 EMC설계 대책: EMC Part Crosstalk, Track capacitance, Track on gap, Track near plane edge