집밖은 위험해

EMC 관점 수동 소자

1. 저항

2. 캐패시터

3. 인덕터

4. Ferrite Bead

5. EMI Filter

6. Common Mode Choke Coil

7. 3단자 캐패시터

저항 registor

- 전류 흐름을 억제하는 소자

- 옴의 법칙 : I = V/R

- 저항 특성 : 캐패시터 , 인덕터와 달리 전력 소모

- 기호

- 물리적 원리 : rho는 물질의 비저항(고유저항), s는 물질의 단면적, l은 길이

           => 저항은 고유저항과 길이에 비례, 단면적에 반비례

저항의 종류

1. 직렬 접속 저항

- V = IR에 따라 R은 직렬합

2. 병렬 접속 저항

- 병렬 접속으로 인해 직렬에 비해 저항의 크기가 줄어듬

캐패시터 capacitor

- 에너지 저장하는 소자

- 저장 에너지

- 교류 저항

- 시간 영역에서 캐패시터의 전류 전압과의 관계식

- 기호

- 물리적 원리 : epsilon_0는 자유공간 유전율, epsilon_r은 비유전율, d는 전극간 거리, S는 전극 면적

캐패시터의 합성

1. 직렬 연결

2.병렬 연결

캐패시터와 SRF Self Resonant Frequency

- 동작 주파수가 증가할수록 Passive 소자의 제작 구조상 발생하는 기생 캐패시턴스와 인덕턴스의 영향으로 의도된 임피던스 특성과 겨양과 반대로 동작하기 시작하는 주파수

- 캐패시터의 경우 SRF보다 높은 주파수에서 인덕터로 동작

휴대폰 비행기 모드의 필요성

- 전자 시스템 전파 간섭 우려 때문에 필요

=> 전화, 메시지, 인터넷 등이 사용 불가

- 비행기 운형에 영향을 주는 전자파

=> 항공기 운행 오작동 발생 가능

전자파란?

- 주기적으로 세기가 변하는 전자기장이 공간속으로 전파해 나가는 파동 현상

- 아래의 그림은 전자파를 이루는 전기장과 자기장을 보여줌

전자파의 반사, 굴절, 회절

- 반사 : 입사한 전자파가 되돌아가는 현상

- 굴절 : 산란체의 경계면에서 전자파 진행경로가 꺾이는 현상

- 회절 : 장애물에 의해 전자파가 도달할수 없는 곳에서 전자파가 전파되는 현상

 * 방송이나 무선통신에서 송신 안테나를 볼수없는데도 전자파를 수신함

전자파의 세기

- 전자파 발생원으로부터 거리에 따라 급격히 감소

- 자유 공간 진행(직접파)하거나 반사 또는 굴절된 전자파의 전력은 거리의 제곱에 반비례하여 감소

- 회절된 전자파의 전력은 거리에 반비례하여 감소

 * 회절된 전자파는 회절이 일어나는 지점에서 세기가 크게 줄어들므로 직접파나 반사파, 굴절파에 비해 세기가 크게 약해짐

주파수 스펙트럼과 용도

- 아래의 그림은 각 주파수대역별 용도를 보여줌

전자파 관련 용어

EMC(Electro Magnetic Compatibility)

- 전자파 적합성or 전자파 양립성

- 기기외부로 불요 전자파를 최소로 방출시켜 다른 기기에 전자파 간섭을 일으키지 않고, 외부로부터 전자파 간섭에 영향을 받아도 정상적으로 동작할 수 있는 상태

EMI - Electro Magnetic Interference

- 전자파 간섭

- 전류 흐름에 의해 도선에 자연적으로 발생되는 에너지가 타 기기에 방해 간섭원천으로 동작되는 형태

EMS Electro Magnetic Susceptibility

- 전자파 내성

- 외부의 전자파 간섭으로부터 전자기기가 간섭을 받음에도 얼마나 기능을 하는가 의미

EMI 전자파 간섭의 종류

- RE Radiated Emission 방사방출 : 30MHz 이상 회로서 발생. 전자파가 공기로 방사되는 전자파를 잡음

- Conducted Emission 전도 방출 : 30MHz 이하 회로에서 발생. 신호선, 전원선 같은 매질로 전달되는 전자파 잡음

-ESD ElectroStatic Discharge 정전기 방전

   : 서로 다른 정전기 전위 가진 물체가 가까워질때 갑작스러운 전하 이동으로 과전류 흘러 오작동 발생하는 현상

- RS Radiated Susceptibility 방사 내성 : 자유공간으로부터 전파되어오는 전자파 간섭에 견디는 정도

- CS conducted Susceptibility 전도 내성 :외부 케이블, power cords, IO interconnect 등에서 오는 전자파 간섭에 견디는 정도

- EFT/Burst Electrical Fast Transient/Burst : 전기적 빠른 과도 현상

- Surge : 전기회로에서 수초간 지속되는 전압, 전류, 전력의 과도 현상

- Voltage Dip : 전압 강하. 전압 감소 전자 시스템의 한 지점에서 전압이 급격히 감소했다가 짧은 시간 후에 회복되는 현상

- hazard 위해 : 전자파가 유기체에 미치는 위협

- EMP Electro Magnetic Pulse : 전자파 펄스. 

전자파 발생 원리

- 아래의 그림은 전자기파의 발생 원리를 보여줌

- 전선을 따라 전류가 흐르면 주위에 전기장과 자기장이 형성됨

- 아래의 그림은 LC회로로. 축전기와 코일이 규칙적으로 진동하는 회로

전파의 속도

- 지구 7바퀴 반 도는데 1초

- 지구에서 화성가는데 3.3초

- 지구에서 태양가는데 8분 3초

- 전파의 속도 초당 30만 km

전자파 환경

- 자연 잡음 :자연적 현상에 의해 발생하는 잡음

       => 대기 잡음 : 번개, 이온층 임펄스, 슈만공진

      => 우주 잡음 : 태양 흑점 활동, 천체 축 열 잡음

- 인공 잡음 : 인간이 사용하는 기계에 의해 발생하는 잡음

    => 의도적 잡음 : 제품 성능 및 기기 동작을 위해 고의적으로 Rf에너지 발생시키는 경우

        * 예시 : 송신기 고조파, 수신기의 국부발진기(AM/FM), TV의 동기 펄스, 마이크로프로세스

    => 비의도적 잡음 : 제품의 성능 또는 기능 동작을 수행하는 동안 비의도적으로 RF 에너지가 발생

       * 예시 : 전동기, 전기접점 기기(릴레이, 스위치), 스파크 방전(이그니션), 코로나 방전(송전선)

전자파 기술 변화 과정

1. 1900년대 이전 - 전자파 개념 존재 x

- 교환 시설 : 수동식(자석식/ 공전식)

- 전송/정보/이동통신 : 기술 발전 미흡

- 전자파 환경 : 자연환경에 의한 전자파가 존재

2. 1900년대 - 전자파 활용 기술 연구

- 교환시설 : 기계식 (STM/EM/Cross-Bar)

- 전송 : 아날로그 전송기술 사용(나선 반송/동축케이블/PCM방식)

- 전자파 환경 : 군사 목적에 의해 중요성 인식 시작

3. 1970년대 - 군사 목적에 의한 전자파 대응

- 교환시설 : 반전자식 교환기 (No.1AESS)

- 전송 : 아날로그 방식 이동전화 상용화

- 전자파 환경 : 무선 분야 기술 전개에 따른 전자파 중요성 인식

4. 1980년대 - 선진국 중심 EMI 자율적 규제

- 교환시설 : 전전자식

- 이동통신 : 아날로그방식 세계적 운영

- 전송기술 :광통신망 이용

- 전자파 환경 :전자 산업 발달에 따른 전자파 문제 발생 및 중요성 강조

   => 전자파 규제 시작

5. 1990년대 - 국내 산업기기 EMI 승인 의무화

- 디지털 시대

- 전파환경의 복잡, 무선 시설이ㅡ 발달

- 사용 주파수 대영 증가

- 전자파 환경 : 전자파 세계적 강제 규제

    =>세계 각국 자국 산업 보호를 위한 규제

6. 2000년대 - 전자파 규제 범위 확대

- 유무선 위성통신의 통합

- 첨단 멀티미디어 시대 IMT-2000

- 전자파 환경 : 소비자 및 제품 품질 수준의 척도. => EMI규제에서 EMS 분야로 확대

EMC 문제 대두 배경

1. 전기 전자기기의 디지털화

- 아날로그 회로 : 잡음의 영향이 일과성이 강함

- 디지털 회로 : 메모리 소자 내장, 낮은 직류 전류에서 동작 => 미약한 잡음 영향이 메모리에 기억되어 오작동 발생

2. 전기 전자기기의 저전력화

 - 기기의 소형화,  전지의 긴 수명 확보

   => 동작 전압이 낮아짐(저전력화) => 같은 잡음 레벨에도 장애 발생

3. 전기 전자기기의 고밀도화

 - CPU가 내장된 디지털 기기의 급속한 보급

 => 좁은 공간에 인접해짐 => 각기기간 전자파 간섭이 심해짐

목표

- 전기전자기기 설계시 전자파 적합성 전반을 이해도를 높여 초기 설계 단계에서 대책을 수립

- 회로에 반영하여 EMC 문제로 인한 비용을 최소화 하기 위함

OrCAD ( CAD : Computer Aided Design)

- cad : 컴퓨터 기반 설계의 약어

- 제도가 아닌 컴퓨터를 이용한 설계

- 전자 분야에서 설계 자동화에 사용되는 프로그램을 EDA( Electronic Design Automation, 전자설계 자동화) 라고 부름

CAD 프로그램 종류

- PADS, P-CAD, CADSTAR

- OrCAD : 전자회로설계, 회로시뮬레이션, 회로기판 설계

OrCAD

- EDA 전자 설계 자동화 프로그램중 하나로 국내에서 보편적으로 사용됨

- 주요 프로그램

OrCAD Capture 특징

- 회로도 Schematic 분석을 쉽게 도와줌

- 전자회로 도면을 그려서 이를 인쇄회로기판 PCB : Printed Circuit Board로 구현하기 위한 Netlist File을 생성 가능

- 명령어의 빠른 접근을 위한 툴바와 툴 팔레트 제공

- 부품 목록, 도면 정보등을 문서화 시켜서 이를 데이터베이스화

- Excel, Lotus 등 각종 스프레드 시트 등과 파일 호환 가능

회로도 작성 방법

1. 프로젝트 시작

2. 설계 환경 설정

3. 부품 배치 및 배선하기 ( 부품 생성, 라이브러리 추가, 풋 프린트값 입력)

4. 어노테이트 (참조값 갱신)

5. DRC ( Design Rule Check)

6. 후처리 파일(네트리스트, BOM 파일 등) 생성