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EMC

복사 방출 추정치

소형 루프 모델을 사용하여 PCB 전류 루프의 복사 방출을 추정합니다.E-필드를 CISPR 22/FCC 클래스 B 제한과 즉시 비교할 수 있습니다.

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공식

E=1.316×10−2×f2×A×I/r[V/m,finMHz,Ainm2]E = 1.316×10⁻² × f² × A × I / r [V/m, f in MHz, A in m²]

참고: Henry Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering

f— 주파수 (MHz)
A— 루프 영역 (m²)
I— 루프 전류 (피크) (A)
r— 거리 (m)

작동 방식

복사 방출 추정 계산기는 PCB 전류 루프에서 E-필드 강도를 예측합니다. 이는 프로토타입 제작 및 사전 컴플라이언스 테스트 이전의 초기 단계 EMC 설계 검토에 필수적입니다.EMC 엔지니어는 이 정보를 사용하여 설계 변경 (루프 영역 감소, 전류 감소) 을 평가하고 CISPR 32 클래스 B 제한 (30-230MHz, 3m 거리에서 40dBuV/m) 까지의 마진을 추정합니다.

헨리 오트의 'EMC 엔지니어링'에 따르면 소형 루프 안테나 (크기 << 파장) 는 E-필드 E = 263 x f^2 x A x I/ r (V/m) 을 방사합니다. 여기서 f는 MHz 단위의 주파수, A는 m^2의 루프 영역, I는 A의 피크 전류, r은 m 단위의 거리입니다. 일반적인 EMC 단위로 변환: E (dBuV/m) = 20 x log10 (E x 1e6).공식은 주파수의 제곱에 따라 방출량이 증가한다는 것을 보여줍니다. 주파수를 두 배로 늘리면 방출량이 4배로 증가합니다.

Johnson/Graham의 '고속 디지털 설계'에 따르면 디지털 시스템의 주요 방출원은 신호 추적, 부하 및 접지 복귀 경로에 의해 형성된 고주파 전류 루프입니다.100MHz에서 10mA를 전달하는 1cm^2 루프는 3m에서 8.77uV/m을 생성하는데, 이는 18.9dBUV/m에 해당합니다. 이는 CISPR 32 클래스 B 제한인 40dBUV/m보다 훨씬 낮습니다. 그러나 여러 루프를 결합하면 약 29dBUV/m (10dB 증가) 이 생성됩니다.

루프 면적은 중요한 파라미터입니다. 루프 면적을 절반으로 줄이면 배출량이 6dB (50%) 감소합니다.Ott의 경우 트레이스를 지면 바로 위에 배치하면 (H = 0.1mm 대 H = 1mm) 루프 면적이 10배 감소하여 배출량을 20dB 줄일 수 있습니다.인접 접지면을 이용한 제어식 임피던스 스택업이 EMC 고유의 이점을 제공하는 이유가 바로 이 때문입니다.

계산 예제

문제: 2cm^2 입력 루프를 통해 500kHz 스위칭 주파수에서 50mA 리플 전류를 사용하여 SMPS의 복사 방출을 추정합니다.5차 고조파 (2.5MHz) 에서의 CISPR 32 클래스 B 제한과 비교해 보십시오.

Ott별 솔루션: 1.파라미터: f = 2.5 메가헤르츠, A = 2 cm^2 = 2e-4 m^2, I = 50 mA = 0.05 A, r = 3 m 2.E-필드: E = 263 x (2.5) ^2 x 2e-4 x 0.05/3 = 263 x 6.25 x 2e-4 x 0.05/3 = 0.55 uV/m 3.E in dBUV/m: 20 x log10 (0.55) = -5.2 dBuv/m 4.2.5MHz에서의 CISPR 32 클래스 B 제한: N/A (방사선은 30MHz에서 시작) 5.30MHz (60번째 고조파, 2.5MHz에서 디케이드 롤오프를 -20dB로 가정) 에서: E는 약 -5.2 - 20 = -25dBUV/m?아니요, 직접 계산을 사용하세요.

  1. f = 30MHz, 전류 롤오프를 5mA로 가정: E = 263 x 900 x 2e-4 x 0.005/3 = 7.9uV/m = 18dBuV/m
7.40dBUV/m 한계까지의 마진: 22dB — 배출원만 사용하는 경우 편합니다.

참고: 실제 SMPS에는 여러 개의 루프가 있으며, 총 배출량은 일반적으로 단일 루프 추정치보다 10~20dB 높습니다.

실용적인 팁

  • ✓대상 루프 영역 감소 우선 — Ott당 루프 면적을 절반으로 줄이면 배출량이 6dB 감소하고, 전류를 절반으로 줄이면 6dB도 감소하지만 전류 감소에는 종종 다른 토폴로지가 필요합니다.최소 루프 면적의 경우 신호 트레이스 바로 아래로 경로가 반환됩니다.
  • ✓근거리 H-프로브를 사용하여 주요 루프를 식별할 수 있습니다. Ott에 따르면 변경하기 전에 루프 프로브로 방출 소스를 매핑하세요.한 루프 (클럭, SMPS 입력) 가 우세한 경우가 많은데, 이 루프를 수정하면 10~20dB 개선이 가능하고 다른 변경 사항도 영향을 최소화할 수 있습니다.
  • ✓클럭의 3차 및 5차 고조파에서 계산 — CISPR 32에 따르면 디지털 클록 고조파는 종종 최악의 방출 주파수를 설정합니다. 100MHz 클록은 제한이 적용되는 30-1000MHz 방사 대역에서 300/500MHz 고조파를 가집니다.

흔한 실수

  • ✗절대 합격/불합격 예측 공식을 사용한 Ott당 소형 루프 공식은 단일 절연 루프를 가정한 원거리 추정값입니다.실제 제품에는 다중 루프, 접지면 반사, 케이블 안테나 효과가 있습니다.비교 분석에 사용 ('어떤 해결책이 더 도움이 되나요? ')절대적인 규정 준수 예측은 아닙니다.
  • ✗f^2와 같은 방출 스케일을 잊어버리더라도 존슨/그레이엄에 따르면 동일한 루프 전류에서 100MHz 방출은 50MHz보다 4배 (12dB) 더 강합니다.기본 전류가 더 크더라도 고주파 고조파가 배출을 지배합니다.항상 최대 유의미한 고조파를 분석하십시오.
  • ✗Ott당 N개의 유사한 루프가 추가된다는 점을 무시하면, 비일관적인 경우 N개의 유사 루프가 한 루프 필드의 sqrt (N) 배를 생성하고, 일관성 (위상 정렬) 인 경우 N배를 생성합니다.여러 온보드 소스의 총 배출량에 대해 10-15dB 마진을 책정하세요.

자주 묻는 질문

CISPR 32 클래스 B에 따르면: 30-230MHz에서 3m에서 40dBUV/m, 230-1000MHz에서 47dBUV/m.FCC 파트 15 클래스 B: 30-88MHz에서 3m에서 40 dBUV/m, 88-216MHz에서 43.5 dBUV/m, 216-960MHz에서 46 dBUV/m, 960MHz-40GHz에서 54 dBUV/m.제한은 1GHz 미만에서는 비슷하지만 1GHz 이상에서는 FCC가 약간 더 관대합니다.CISPR 32를 통과한 대부분의 설계는 FCC도 통과합니다.
Ott에 따르면 대략 그렇습니다. 접지면 위의 마이크로스트립 트레이스는 유효 면적이 트레이스 길이 x 지상 높이인 부분 루프를 형성합니다.0.2mm 높이의 50mm 트레이스의 루프 면적은 50 x 0.2 = 10mm^2입니다.공식은 크기 차수의 추정치를 제공합니다. 100MHz 이상의 정확도를 얻으려면 근거리 프로브 측정을 사용하십시오.
Ott의 대략적인 지표로만 — 절대적인 합격/불합격 예측 대신 비교 설계 분석 ('루프를 2cm^2에서 0.5cm^2로 줄이면 12dB 개선될 것') 에 사용하십시오.실제 배출량은 간단한 공식으로 캡처되지 않은 다양한 소스, 반사율, 안테나 효과의 총합입니다.생산에 대한 신뢰도를 높이기 위해 추정치에 15-20dB의 마진을 책정하십시오.
안테나 이론 (Pozar) 에 따르면 소형 루프 방사 효율은 (둘레/파장) ^2만큼 증가합니다.파장 = c/f이므로 효율은 f^2로 조정됩니다.이는 EMC에 큰 영향을 미칩니다. 즉, 클록의 5차 고조파는 동일한 전류에서 기본보다 25배 (28dB) 더 강하게 방사합니다.전류 레벨이 낮더라도 고주파 고조파는 복사 방출을 지배합니다.
존슨/그레이엄에 따르면: 제어된 임피던스 트레이스 (지상 0.2mm, 길이 50mm) = 10mm^2, 전력 트레이스 (지상 1mm, 길이 100mm) = 100mm^2, SMPS 입력 루프 = 레이아웃에 따라 200-2000 mm^2 루프는 일반적으로 안전합니다. 100+ mm^2 루프는 분석과 가능한 완화 (접지면, 페라이트, 차폐) 가 필요합니다.

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