EMC / Compliance2026년 3월 1일7분 읽기

FCC 테스트 전 복사 방출 예측

SBC는 FCC 파트 15 클래스 B 사전 규정 준수를 통과하지 못했습니다.EMI 방사 방출 추정기는 전원 루프를 USB 케이블과 분리하여 어떤 수정 사항이 얼마나 중요한지 보여줍니다.

사전 컴플라이언스 스캐닝만으로는 충분하지 않음

Raspberry Pi 크기의 SBC에는 100MHz 프로세서 클럭, 스위칭 레귤레이터와 벌크 커패시터 사이의 2 cm² 전력 루프, 호스트 인터페이스용 0.5m USB 케이블이 있습니다.사전 컴플라이언스 스캔은 300MHz 이상의 고조파를 FCC 파트 15 클래스 B 제한 3m 이상으로 표시합니다.

예정된 FCC 시험까지 4주 남았으며, 새 이사회는 3주가 걸립니다.어떤 변화가 문제를 해결하고 어떤 변화가 노력을 낭비하는지 알아야 합니다.

사전 컴플라이언스 스캔은 이유가 아니라 문제가 있다는 것을 알려줍니다.전원 루프인가요, 아니면 USB 케이블이 안테나 역할을 하나요?모르는 팀은 모든 곳에 페라이트를 추가하고, 모든 루프를 조이고, 모든 에지의 속도를 늦춥니다. 이는 효과가 있지만 시간과 비용이 들지만 절반은 아무 소용이 없습니다.

EMI 복사 방출 추정기은 차동 모드 (DM) 루프 방사선과 공통 모드 (CM) 케이블 방사선을 모두 모델링하고, 사다리꼴 클록의 고조파로 DM 루프를 구동하며, 정확하게 알지 못하는 부분에 대해 몬테카를로를 실행합니다.이것이 바로 원인과 우연의 일치를 구분하는 분석입니다.

두 가지 방사선 메커니즘 이해

차동 모드 방사는 레귤레이터의 전력 루프, 디커플링 리턴 경로, 고속 트레이스 및 리턴 등 보드의 폐쇄된 루프에서 순환하는 전류에서 비롯됩니다.소형 루프 안테나처럼 작동합니다.원거리 필드 (3m, 약 16MHz 이상) 에서 Paul의 자유 공간 표현은 다음과 같습니다.

E_{DM} = 1.32 \times 10^{-14} \cdot \frac{f^2 \cdot I \cdot A}{r} \quad \text{(V/m)}

Hz 단위는 $f$ , Hz 단위는 $I$ , 루프 전류는 A, $A$ 은 m² 의 루프 영역, $r$ 단위는 m입니다. 주파수가 제곱될수록 자기장이 상승하고 면적에 따라 선형적으로 증가합니다. 면적을 절반으로 줄이면 6dB 증가합니다.

공통 모드 방사선은 케이블의 모든 도체에 동일한 방식으로 흐르는 전류에서 비롯되며 근처에 역류하지 않습니다.짧은 케이블은 모노폴 형태로 방사됩니다.

E_{CM} = 1.26 \times 10^{-6} \cdot \frac{f \cdot I_{CM} \cdot L}{r} \quad \text{(V/m)}

몇 마이크로앰프면 충분합니다.CM 방사선은 보드가 얼마나 세심하게 배선되든 상관없습니다. 케이블이 바로 안테나입니다.

클록 스펙트럼. 피크 전류

I

, 듀티 사이클

D

및 상승 시간

t_r

의 사다리꼴 클록은 단측 진폭의 고조파를 가집니다.

c_n = 2 I D \left|\frac{\sin(n\pi D)}{n\pi D}\right| \left|\frac{\sin(n\pi f_0 t_r)}{n\pi f_0 t_r}\right|

50% 듀티에서는 균등 고조파가 사라집니다.1ns 에지의 경우 $1/(\pi t_r)$ — 318MHz 이상이면 구형파의 $1/n$ 위에 포락선이 20dB/decade로 떨어집니다.

기준 분석: 문제 설계

파라미터	값
스탠다드	FCC 파트 15 클래스 B
측정 거리	3 m
DM 루프 전류	10 mA
루프 영역	2.0 cm²
CM 케이블 전류	5 µA
케이블 길이	0.5 m
클럭 주파수	100 MHz
듀티 사이클	50 %
라이즈 타임	1 ns
MC 시행	50,000개 (유료 등급)

이 도구는 각 고조파의 DM, CM 및 한계 대비 전체 필드를 나열합니다.합계는 이 둘의 제곱근의 제곱합입니다.

고조파	DM	CM	합계	한도	마진
100 MHz	34.8	40.4	41.5	43.5	+2.0 dB
300 MHz	43.2	50.0	50.8	46.0	−4.8 dB
500 MHz	45.0	54.4	54.9	46.0	−8.9 dB
700 MHz	43.2	57.3	57.5	46.0	−11.5 dB
900 MHz	34.8	59.5	59.5	46.0	−13.5 dB

필드 단위는 dBµV/m입니다. 3m에서의 FCC 클래스 B 제한은 40dBµV/m ~ 88MHz, 43.5~216MHz, 46~960MHz 및 54 이상입니다.

CM은 모든 고조파를 지배하며 고주파에서는 점점 더 커지고 있습니다. 도구가 스펙트럼 전체에 걸쳐 명시된 CM 전류를 일정하게 유지하고 CM 필드가 주파수에 따라 선형적으로 상승하기 때문입니다.이는 보수적인 가정이지만, 가능하면 가장 낮은 고조파에 가까운 CM 전류를 측정하거나 추정하는 것이지만, 결론은 여기에 좌우되지 않습니다. 즉, 케이블이 문제라는 것입니다.

어떤 수정이 중요한가요?

한 번에 한 가지만 바꾸고 몬테카를로의 최악의 p95 마진인 툴의 전반적인 결과를 확인해 보세요.

변화	최저 p95 마진
베이스라인	−19.3 dB
루프 영역 2 → 0.5 cm²	−19.3 dB
상승 시간 1 → 2.5ns	−19.2 dB
CM 전류 5 → 1µA (CM 초크)	−6.9 dB

전력 루프를 조이면 DM 필드가 12dB 줄어들고, 가장자리를 느리게 하면 300MHz에서 DM 필드가 9dB 줄어듭니다.케이블이 우세한 동안에는 어느 쪽도 판정이 흔들리지 않습니다.이번 주는 전형적인 낭비 주입니다. 아름답게 조여진 레이아웃은 예전과 똑같지 않습니다.

해결 방법: 먼저 초크 한 다음 나머지

세 가지 변경 사항 (0.5 cm² 루프, 1µA CM 전류, 2.5ns 에지) 을 모두 적용하십시오.

고조파	DM	CM	합계	한도	마진
100 MHz	22.0	26.4	27.8	43.5	+15.7 dB
300 MHz	22.0	36.0	36.2	46.0	+9.9 dB
500 MHz	22.0	40.4	40.5	46.0	+5.5 dB
700 MHz	22.0	43.3	43.4	46.0	+2.6 dB
900 MHz	22.0	45.5	45.5	46.0	+0.5 dB

이제 모든 고조파는 명목상으로 전달됩니다.몬테카를로는 이에 동의하지 않습니다. 최저 p95 마진은 여전히 954MHz 근처인 −5.3dB입니다.

몬테카를로는 전류 크기 (로그 표준, ±6dB), 안테나를 기준으로 한 케이블의 방향, 접지면의 효율성을 변화시킵니다.명목상 0.5dB를 통과하는 설계는 그 어떤 것도 수용할 여지가 없습니다.테스트 센터에서는 최적의 방향으로 중앙값 단위를 측정하지 않습니다.

실제로 얼마나 많은 CM 거부가 필요한가요?

CM 전류 (0.5 cm² 루프, 2.5ns 에지)	최저 p95 마진
1.0 µA	−5.3 dB
0.5 µA	+0.8 dB
0.3 µA	+5.2 dB

5µA에서 0.3µA로 올라가면 중요한 주파수에서 약 24dB의 CM 제거가 발생합니다. 이는 우수한 USB 공통 모드 초크와 커넥터의 솔리드 쉴드 터미네이션입니다.케이블 길이를 줄이면 그에 비례하여 도움이 됩니다. 0.3m 케이블에서 0.5µA가 0.5m에서 0.3µA와 똑같이 방사되는 것과 동일한 +5.2dB입니다.

구현 노트

CM 초크는 보드 쪽 커넥터 오른쪽에 있는 USB 라인에 연결됩니다.일단 케이블에 소음이 발생하면 케이블의 다운스트림에서 초크 현상이 발생해도 아무 소용이 없습니다.공통 모드 초크는 D+ 및 D에서 동일한 방식으로 흐르는 전류에 높은 임피던스를 제공하고 차동 신호에는 거의 영향을 주지 않습니다.100MHz뿐만 아니라 500MHz—1GHz의 CM 임피던스를 확인하십시오. 고조파가 실패하는 것은 높은 고조파입니다. 파워 루프. 벌크 입력 커패시터를 레귤레이터의 VIN 및 GND 핀 옆으로 옮기고 솔리드 포어를 통해 돌아오면 루프가 2에서 0.5 cm². 로 줄어듭니다. 영역이 필드에 선형으로 들어가기 때문에 이는 12dB의 DM 필드입니다.여기서 결과는 바뀌지 않았지만, 케이블이 고쳐지면 DM이 미래의 문제인 것은 없어집니다. 더 느린 에지 클럭 네트에 있는 수십 옴의 직렬 저항은 부하의 입력 커패시턴스에 영향을 주어 상승 시간을 1ns에서 2.5ns로 늘리고 스펙트럼 코너를 318MHz에서 127MHz로 이동합니다.이렇게 하면 300MHz에서의 DM 기여도가 9dB 줄어듭니다.100MHz에서 2.5ns는 10ns 주기의 1/4입니다. 채택하기 전에 해당 에지 레이트에서 수신기의 입력 타이밍을 확인하고 더 이상 진행하지 마세요. 에지가 너무 느리면 클록이 삼각파로 바뀝니다.

세 가지 변경 사항은 모두 레이아웃 작업과 하나 또는 두 개의 구성 요소입니다.CM 초크와 직렬 저항을 기존 보드에 재작업하여 사전 스캔할 수도 있습니다.

2026-09-19업데이트됨.추정기는 이제 게시된 CISPR 32 및 FCC 제한과 전체 진폭 클록 고조파를 사용합니다.위의 수치는 필드 레벨, 제한 및 “수율” 수치가 이전 버전의 도구에서 가져온 이전 계산 예제를 대체합니다. EMI 복사 방출 추정기

자주 묻는 질문

EMI에서 차동 모드와 공통 모드 방사선의 차이점은 무엇입니까?

차동 모드 방사선은 PCB의 폐쇄 루프에서 순환하는 전류에서 발생하며 f², 전류 및 루프 면적으로 확장됩니다.커먼 모드 방사선은 케이블에 동일한 방식으로 흐르는 전류에서 비롯되며 f, 전류 및 케이블 길이로 스케일링됩니다.한 쪽을 고치는 것은 다른 쪽에 아무 소용이 없으므로 둘 다 분석해야 합니다.

PCB 루프 면적을 줄이면 복사 방출이 얼마나 개선됩니까?

디퍼런셜 모드 필드는 루프 면적에 비례하므로 면적을 절반으로 줄이면 6dB가 되고 4배 감소하면 12dB가 됩니다.이는 장애가 발생한 주파수에서 디퍼런셜 모드가 우세한 소스인 경우에만 전체 결과에 도움이 됩니다.

FCC 인증 이전에 사전 컴플라이언스 EMI 테스트가 충분하지 않은 이유는 무엇입니까?

사전 컴플라이언스 스캔은 소스가 PCB 루프이든, 안테나 역할을 하는 케이블이든, 둘 다이든 상관없이 방출량이 제한을 초과했음을 보여줍니다.그렇지 않으면 어림짐작으로 문제를 해결할 수 있습니다. 실제 예제에서는 전원 루프를 강화하고 클럭 에지를 늦추더라도 USB 케이블이 우세했기 때문에 최악의 마진은 변하지 않았습니다.

3m에서의 FCC 파트 15 클래스 B 방사 한계는 얼마입니까?

3m (47 CFR 15.109 (a)) 에서 측정된 30~88메가헤르츠 40dBµV/m, 88~216메가헤르츠 43.5dBµV/m, 216~960MHz 이상에서는 46dBµV/m, 960MHz 이상에서는 54dBµV/m.

FCC 테스트 전 복사 방출 예측

사전 컴플라이언스 스캐닝만으로는 충분하지 않음

두 가지 방사선 메커니즘 이해

기준 분석: 문제 설계

어떤 수정이 중요한가요?

해결 방법: 먼저 초크 한 다음 나머지

구현 노트

자주 묻는 질문

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