[PCB EMI] 노이즈 대책 수순 (99)

PCB 설계의 필수 : 효과적인 EMI/EMC 전략

전자제품 설계에서 노이즈 문제는 단순한 성능 저하를 넘어 제품의 인증 실패, 기능 오작동, 신뢰성 저하로 이어질 수 있습니다. 특히 고속 디지털 회로나 RF 회로를 포함한 제품에서는 설계 초기부터 노이즈 대책을 체계적으로 수립해야만 불필요한 재설계와 인증 반복을 방지할 수 있습니다.

 

노이즈 분석의 출발점 : 종류와 주파수 특성 이해

노이즈는 크게 방사 노이즈(Radiated Emission)와 전도성 노이즈(Conducted Emission)로 나뉩니다. 방사 노이즈는 일반적으로 30 MHz 이상의 고주파 대역에서 문제가 되며, 안테나처럼 작용하는 배선이나 케이블을 통해 외부로 방사됩니다. 반면, 전도성 노이즈는 150kHz~30 MHz 구간에서 주로 전원선이나 접지를 통해 흐르며 시스템 전체에 영향을 미칩니다.

 

노이즈 특성 분석 : 주파수·시간·스펙트럼

노이즈를 정확히 이해하려면 단순한 크기뿐 아니라 주파수와 시간 영역에서의 특성까지 분석해야 합니다. 이를 위해 스펙트럼 분석기나 시간 영역 반사기(TDR)를 사용합니다. 노이즈가 주기적인지, 임펄스성인지, 무작위성(Random)인지에 따라 그 원인과 대책이 달라지므로, 분석 단계에서의 정밀한 판단이 매우 중요합니다.

 

노이즈 원인별 설계 대책 수립

노이즈 발생 원인은 대부분 다음 세 가지로 요약됩니다. 첫째, 신호 전환 시 발생하는 고조파 성분 / 둘째, 불완전한 리턴 경로 및 접지 구조 / 셋째, 구조적 불연속성으로 인한 공통 모드 전류 유도. 이를 해결하기 위한 대표적인 설계 기법으로는 다음이 있습니다:

• 선로 임피던스 매칭과 리턴 패스의 근접 배치
• 접지면 연속성 확보 및 루프 면적 최소화
• 필터링 및 디커플링 캐패시터 적절 배치
• EMI 쉴딩과 레이아웃 개선

 

EMI 필터의 역할과 선택 기준

EMI 필터는 다양한 노이즈를 효과적으로 감쇠시키기 위한 핵심 부품입니다. 비드는 고주파 성분을 열로 소산 시키는 역할을 하며, 공통 모드 초크는 접지 기준의 공통 모드 노이즈를 억제합니다. 3단 EMI 필터는 커패시터-인덕터-커패시터 구성을 통해 폭넓은 주파수에서 감쇠 효과를 제공합니다. 필터는 노이즈의 주파수 특성과 에너지 분포를 기준으로 선택되어야 하며, 무조건 강한 차단 특성을 갖는다고 효과적인 것은 아닙니다.

 

노이즈 측정과 검증 : 수치로 증명되는 효과

설계 이후에는 반드시 노이즈 측정을 통해 대책의 효과를 검증해야 합니다. EMI 챔버나 근접장 프로브를 사용하여 방사 및 전도성 노이즈를 측정하고, 설계 목표와의 차이를 확인합니다. 특정 부품이나 케이블의 영향, 임피던스 변화로 인한 반사 노이즈 등은 반복 측정을 통해 원인을 추적해야 합니다.

 

반복적 개선 : EMC 달성을 위한 순환 프로세스

노이즈 대책은 단발성 조치가 아닌 반복적인 최적화 과정입니다. 분석-대책 수립-측정-재설계의 순환을 통해 점진적으로 노이즈를 제어해야 합니다. 특히 제품 설계 초기부터 EMI/EMC 고려가 포함되어야만 설계 변경 없이 규격 만족이 가능합니다. 개발 일정과 품질 확보를 동시에 만족하기 위해서는 이러한 선행 설계 접근이 필수입니다.