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방사 에미션 추정

소형 루프 안테나 모델을 사용하여 PCB 전류 루프의 원거리 방사 에미션을 추정합니다. CISPR 22/FCC 클래스 B 비교.

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공식

E ≈ 263 × f² × A × I / r [V/m, f in MHz, A in m²]

참고: Henry Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering

f — Frequency (MHz)
A — Loop area (m²)
I — Loop current (peak) (A)
r — Distance (m)

작동 방식

PCB의 복사 방출은 주로 전류 루프에 의해 발생합니다. 전류 루프는 고주파 전류를 전달하는 트레이스가 소형 루프 안테나를 형성합니다.자유 공간의 작은 전류 루프로부터의 거리 r에서의 전기장은 E ≈ 263 × f² × A × I/r [V/m] 으로 근사화됩니다. 여기서 f는 MHz, A는 m² 단위의 루프 면적, I는 A의 피크 전류입니다. 일반 측정 단위로 변환하면 E [dBμV/m] = 20·log( E × 10) 입니다.CISPR 22 클래스 B는 30~230MHz 주파수에 대해 3m에서 40dBμV/m의 복사 방출 제한을 설정합니다.마진 = 40 − E_측정값 [dBμV/m].루프 영역 (더 좁은 그라운드 리턴 라우팅) 또는 스위칭 주파수를 줄이는 것이 설계 후 차폐보다 더 효과적인 경우가 많습니다.

계산 예제

문제: PCB 스위칭 컨버터는 1cm² 루프를 통해 100MHz에서 피크 10mA를 소비합니다.3m에서 추정되는 E-필드는 얼마이며, CISPR 22 클래스 B와 비교했을 때 마진은 얼마나 됩니까?
해결 방법:
1.변환 단위: I = 10mA = 0.01 A, A = 1 cm² = 1×10⁴ m², f = 100 메가헤르츠, r = 3 m
2.E = 263 × 100² × 1×10× 0.01/3 = 263 × 10,000 × 10× 0.01/3 = 263 × 10,000 × 3.33×10= 8.77 μV/M
3.E [dBμV/m] = 20·log( 8.77) = 18.9 dBμV/m
4.마진 = 40 − 18.9 = 21.1 데시벨
결과: 21dB 여백은 적당하지만 PCB에 여러 개의 루프가 있을 가능성이 높으므로 누적 효과가 더 클 수 있습니다.루프 면적이나 스위칭 전류를 줄여 마진을 개선하십시오.

실용적인 팁

  • ✓루프 영역 최소화: 리턴 전류를 신호 트레이스 바로 아래로 라우팅하고, 견고한 접지면을 사용하고, 디커플링 커패시터를 IC 가까이에 두십시오.
  • ✓경험상 루프 면적을 절반으로 줄이면 E-field가 6dB 줄어듭니다. 이는 일반적으로 차폐형 인클로저를 추가하는 것보다 저렴합니다.
  • ✓사전 컴플라이언스 스캐닝의 경우, 변경하기 전에 근거리 H-필드 프로브를 사용하여 주요 방출 루프를 식별하십시오.

흔한 실수

  • ✗공식이 정확한 절대값을 제공한다고 가정하면 이는 지상면 반사, 수신 안테나의 안테나 계수, 다중 소스 커플링을 무시한 단순한 원거리 추정값입니다.
  • ✗방출량이 f²만큼 증가한다는 사실을 잊어버리면 주파수를 두 배로 늘리면 방출되는 필드가 4배로 늘어납니다. 이것이 바로 고주파 클록이 주요 방출원인 이유입니다.
  • ✗측정 거리가 3m에 불과하고 통과하는 CISPR 22는 30MHz에서 1GHz까지의 스위핑이 필요합니다. 스위칭 주파수의 고조파가 높을 때 피크 방출이 자주 발생합니다.

자주 묻는 질문

CISPR 22 (현재 CISPR 32로 대체됨) 는 주로 유럽에서 사용되는 멀티미디어 장비에 대한 제한을 설정합니다.FCC 파트 15 클래스 B는 유사한 제한을 사용합니다 (230MHz 미만 3m에서 40—43dBμV/m).두 값 모두 실제로는 거의 같은 값으로 수렴됩니다.
네, 하지만 대략적인 수치입니다.접지면 위의 마이크로스트립 트레이스는 부분 루프를 형성합니다. 유효 루프 면적은 평면 위의 트레이스 높이와 길이에 따라 결정됩니다.이 공식은 사전 규정 준수 설계 결정에 유용한 규모 추정치를 제공합니다.
대략적인 지표로만 사용하십시오.이 공식에서는 빈 공간에 하나의 고립된 루프가 있다고 가정합니다.실제 제품에는 많은 루프, 공진 및 반사가 있습니다.비교 설계 분석에 사용하십시오 (배출량을 더 많이 줄이는 방법은 무엇입니까?).절대적인 합격/불합격 예측보다는 말이죠.

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