EMC 설계: 첫 번째 시도에서 CE/FCC 테스트를 통과하는 방법
EMC 사전 컴플라이언스 테스트, 낮은 배기가스 배출을 위한 PCB 레이아웃, 테스트 하우스에서 처음 시도할 때 장애가 발생하는 일반적인 장애 모드에 대한 실무 가이드입니다.
대부분의 제품이 첫 시도에서 EMC를 능가하는 이유
약 50~ 70% 의 제품이 첫 제출 시 EMC 테스트에 실패합니다.비용은 상당합니다. 실험실 시간에는 하루에 “MATHINLINE_1"5,000이 실행되고, 테스트에 실패하면 PCB를 재설계하고 프로토타입을 재구축하고 재예약해야 합니다.하지만 대부분의 실패는 사전 컴플라이언스 습관을 잘 지키면 예방할 수 있습니다.
이 가이드에서는 가장 일반적인 장애 모드와 테스트 센터에 들어가기 전에 이를 해결하는 방법을 설명합니다.
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표준에 대한 이해
CE 마킹 (유럽)
CE 마킹의 경우 전자 제품은 전자기 호환성 지침 (2014/30/EU) 을 준수해야 합니다.대부분의 제품에 대해 다음을 기준으로 테스트를 진행합니다.
- CISPR 32 (멀티미디어 장비, EN 55022를 대체함)
- CISPR 25 (차량 구성품)
- EN 61000-4-x (면역 테스트)
FCC 파트 15 (미국)
파트 15B에서는 의도하지 않은 라디에이터 (클럭 주파수가 9kHz 이상인 모든 제품) 에 대해 다룹니다.클래스 A는 상업용/산업용, 클래스 B는 주거용입니다.주요 제한
| 표준 | 테스트 | 제한 (클래스 B) | 거리 |
|---|---|---|---|
| CISPR 32 | 래디에이티드 | 30dBμV/m (30—230MHz) | 3 m |
| CISPR 32 | 전도성 | 66—56dBμV (0.15—30MHz) | — |
| FCC 15B | 래디에이티드 | 100μV/m (30—88MHz) | 3 m |
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EMI의 물리학: PCB가 방사하는 이유
PCB의 모든 전류 루프는 작은 안테나입니다.작은 루프에서 방출되는 전기장은 다음과 같습니다.
“매스블록_0"
여기서 “MATHINLINE_2"는 주파수, “MATHINLINE_3"은 루프 영역, “MATHINLINE_4"는 전류, “MATHINLINE_5"는 수신기까지의 거리입니다.
이 방정식을 바탕으로 다음과 같은 세 가지 설계 레버가 나옵니다.
1.루프 면적 감소 — 리턴 경로를 신호 경로에 가깝게 유지 2.주파수 함량 감소 — 더 느린 에지 사용, RC 스너버 추가 3.전류 감소 — 직렬 단자 사용, 구동 강도 감소
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첫 시도 실패의 5가지 주요 원인
1.전원 공급 장치 스위칭 노이즈
벅 컨버터와 부스트 컨버터는 스위칭 주파수와 고조파에서 상당한 전도 및 복사 방출을 생성합니다.200kHz 스위처는 600kHz, 800kHz, 1MHz 등에서 상당한 에너지를 생산할 수 있습니다.
수정: 전원 진입점에 공통 모드 초크+X/Y 커패시터를 추가하십시오.[커먼 모드 초크 계산기] (/culators/emc/커먼 모드 초크) 를 사용하여 크기를 조정하십시오.문제 주파수에서 40dB 감쇠를 목표로 하십시오.2.크리스탈/클록 오실레이터 하모닉
48MHz 크리스탈은 96, 144, 192MHz에서 모두 CISPR 테스트 대역의 고조파를 발생시킵니다.고속 디지털 클록은 방사 방출 장애의 가장 흔한 원인입니다.
수정:- MCU가 지원하는 경우 스프레드 스펙트럼 클럭킹 (SSC) 을 사용하십시오. 일반적으로 최대 방출을 10—15dB까지 줄입니다.
- 클록 라인에 페라이트 비드 추가
- 오실레이터를 차폐하거나 내부 레이어에 돌려 위쪽과 아래쪽에 땅을 부을 수 있습니다.
3.SMPS의 차동 모드 전도 방출
컨버터의 입력/출력의 스위칭 리플은 차동 모드 전도 방출을 생성합니다.
수정: LC 필터를 추가하세요.[전도 방출 필터 계산기] (/culators/emc/전도 방출 필터) 를 사용하여 설계하십시오.벌크 커패시턴스를 컨버터 가까이에 놓고 접지 연결이 짧은지 확인하십시오.4.불량한 그라운드 플레인 설계
접지면이 차단되면 복귀 전류가 길고 인덕턴스가 높은 경로를 거치게 됩니다.고주파에서는 높은 접지 임피던스가 생성되어 노이즈가 외부 케이블에 결합될 수 있습니다.
수정: 레이어 2 (컴포넌트 레이어 바로 아래) 에는 연속 접지면을 사용하십시오.그라운드 레이어에 신호 트레이스를 라우팅하지 마십시오.[그라운드 플레인 임피던스 계산기] (/culators/emc/그라운드 플레인 임피던스) 를 사용하여 AC 그라운드 임피던스를 이해하십시오.5.안테나 역할을 하는 케이블
외부 케이블 (USB, HDMI, 전원) 은 보드에 연결되며 보드에서 발생하는 노이즈를 처리하는 안테나 역할을 합니다.30cm 케이블은 500MHz 근처에서 공명할 수 있습니다.
수정: 모든 외부 커넥터에 공통 모드 초크를 추가하십시오.신호선을 필터링합니다.케이블 실드 터미네이션이 로우 임피던스인지 확인하십시오 (피그테일이 아닌 커넥터의 360° 실드 터미네이션).---
사전 컴플라이언스 테스트
최종 프로토타입이 나올 때까지 기다리지 마세요.각 단계에서 사전 컴플라이언스 테스트를 수행하십시오.
1단계 — 회로도 검토- 확인: 전원 입력에 EMI 필터가 있습니까?
- 확인: 고속 클록이 I/O 커넥터에서 멀리 떨어져 있습니까?
- 확인: 접지면이 있나요?
2단계 — PCB 레이아웃 검토
- 확인: SMPS 스위칭 노드의 루프 영역 (인덕터, MOSFET, 캐치 다이오드)
- 확인: 디커플링 커패시터 배치 (IC 전원 핀으로부터 1mm 이내)
- 확인: 모든 고속 트레이스에서의 복귀 경로 연속성
- 스위칭 노드 근처의 H-필드 프로브는 자기장 핫스팟을 보여줍니다.
- IC 및 커넥터 근처의 E-필드 프로브는 전기장 커플링을 보여줍니다.
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최후의 수단으로서의 차폐
차폐는 최후의 수단이지 1차 방어선이 아닌 최후의 수단이어야 합니다.금속 인클로저는 40~80dB의 차폐 효과를 제공하지만, 이는 다음과 같은 경우에만 가능합니다.
1.모든 솔기 간격은 최고 주파수에서 λ/20보다 작습니다. 2.케이블은 진입 지점에서 필터링됩니다. 3.실드는 임피던스가 낮은 접지를 사용합니다.
슬롯 크기가 차폐에 미치는 영향을 이해하려면 [차폐 효과 계산기] (/culators/emc/차폐 효과) 를 사용하십시오.10cm 슬롯은 1GHz에서 약 30dB로 차폐를 제한합니다.
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ESD 및 면역
CE 테스트에는 면역 테스트가 포함됩니다.IEC 61000-4-2 (ESD) 는 종종 통과하기 가장 어려운 시험입니다.
- 레벨 4: ±8kV 접점, ±15kV 공기 방전
- 인체 모델: 1.5kΩ을 통해 100pF를 방전시키다
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요약 체크리스트
- [] 전원 입력 시 EMI 필터 (공통 모드 초크+X/Y 캡)
- [] 레이어 2의 연속 접지면
- [] 각 IC 전원 핀으로부터 1mm 이내의 디커플링 캡
- [] 스프레드 스펙트럼 클럭 지원
- [] 각 외부 인터페이스의 페라이트 비드
- [] 모든 I/O 핀의 ESD 보호
- [] 최종 제출 전 프로브 세트를 사용한 근거리 스캔
- [] 사전 컴플라이언스 측정의 12dB 마진