Microsoft Word - 수정완료 Channel DVR Player_나다텔_.doc

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재무 범
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1 EMC 설계 대책보고서 (16 Channel DVR Player) 한국전파진흥협회 E M C 기술지원센터

2 1. 제품사진 그림 1. 제품정면도 그림 2. 제품의후면 페이지 2/18

3 그림 3. 제품의커버를제거한상태 2. 제품의기술적사양 - 제품의사양 전원 : AC 115/230 V 50/60 Hz 비디오입력단 : 16 채널 비디오출력 : 16 채널 S-VHS : S-VHS 출력제공 VGA 출력제공 Audio In : 4 단자오디오입력 Audio Out : 1단자오디오출력 RS-232C : 셋업및업그레이드용 LAN : RJ45 RS-485/422 제공 - 본제품은 16 개의카메라를통하여얻어낸영상정보를하드디스크에실시간으로녹 화하여동시에 16 곳의안전과보안의임무를수행할수있도록만든제품으로 MPEG-4 비 페이지 3/18

4 디오압축을이용하여고화질의영상을제공하며, LAN 을이용하여먼거리에서도영상정 보나제품의컨트롤이가능하고, USB 또는 CD-ROM 을 이용하여저장된데이터의백업이 나소프트웨어업그레이드를할수있는기능을가지고있다. 이러한제품은유럽수출을위해서 CE 마킹에따른규격 EN ( 보안기기에대한 EMC 규격 ) 에따라시험을진행해야하는제품이다. 2.1 제품의사양및동작원리 640 x 480 의해상도로일반모니터와같이 RGB 를통하여 PC 로부터받은영상신호를 LED 매트릭스의각위치에서 RGB 삼색신호를발광시켜영상을재현한다. 2.2 제품의블록도 그림 4. 제품의블록도 페이지 4/18

5 2.3 PCB 구조 그림 5. 메인보드 페이지 5/18

6 3. 전자파문제사전검토및문제제기 - 시험방법에따른사전검토 : Pre-Test 결과를놓고분석 그림 6. 제품의 Pre-Test 결과 페이지 6/18

7 4. 노이즈 /EMC 문제분석 4.1 초기제품의시험결과 - 그림 6 참조 4.2 각 Sub-System 별동작조건에따른시험결과 비디오입력단자에패턴발생기를연결하고그출력을모니터를통해서플레이하면서 시험을진행하였음. 4.3 소스원분석 - Pre-Test 시험결과분석에따른각 Sub-Part별노이즈소스원분석그림 6에서본보안용 DVR(Digital Video Recorder) 는기본적으로외부철판사용으로접지특성이상당히안정된상태를그림 6에서예측할수있으나, 일부클럭하모닉주파수에서충분한마진이확보되지않음을알수있다. DSP 칩에사용되는다양한종류의클럭들의하모닉성분이존재하며, 고속디지털신호성분에기인하는클럭성노이즈가상당수방사됨을알수있다. 페이지 7/18

5. EMC 를고려한설계 대책및결과 5.1 제품의시험결과전 후사진 5.1.1 시험후수정사진 그림 7.

8 5. EMC 를고려한설계 대책및결과 5.1 제품의시험결과전 후사진 시험후수정사진 그림 7. 메인보드 - 위의박스로표시된부분이 Bottom 부분과그라운드연결상태가좋지않아그라운드 연결을보강하였음. 페이지 8/18

9 그림 8. 메인보드실드폼 ( 가스켓 ) 적용 그림 9. 전면보드 - 메인보드와같이스크류체결부위에그라운드를보강함. 페이지 9/18

10 그림 10. IDE 케이블연결상태 그림 11. 후면보드연결상태 - 후면보드와연결되는케이블 IDE 케이블과이격 페이지 10/18

11 5.1.2 시험후설계 대책변경안에대한설명 DVR 제품의전반적인노이즈대책은적용되었으나케이블로방사되는노이즈나그라운드간전위차로인한노이즈성분이주를이룰것으로판단하여적용해본결과방사하던사용주파수의하모닉방사성분을모두제한치이하의노이즈특성이좋은제품을만들수있었다. 5.2 대책적용부품에대한 DATA SHEET 페이지 11/18

12 그림 12. 실드폼 ( 가스켓 ) 특성표 페이지 12/18

13 6. 시험에따른설계 대책측정결과및분석 6.1 설계 대책후데이터 그림 13. Final 데이터 위의항목을적용한결과앞쪽에있는방사하는노이즈를가스켓으로철판과연결하여 GND 를보강하고, 메인보드및후면보드사이의프레임의그라운드보강및 케이블과메 인보드사이및케이블과케이블사이에서발생되는노이즈를줄여각부위별연결상태를 개선하여노이즈가유발되는것을감쇄시킬수있었다. 페이지 13/18

14 7. 설계 대책 Design Rule - 대책및설계에대한이론적배경에대한분석내용 PCB 에서발생하는 EMI 의주요원인이되는노이즈현상에대해기술한다. EMI 방사는 PCB 시스템내의부품과부품들사이에신호전송을위한트레이스패턴, 그리고, 기구또는다층구조 PCB 가가진자체공진에기인한다. 이것은 PCB 설계자가 PCB 를디자인할때 EMI/EMC 를미쳐고려하지못하여생기는결과라할수있다. 이러한 EMI 방사를일으키는노이즈현상은두가지로요약할수있는데, 전송선로간의임피던스부정합에의한반사파에의해발생되는전도성노이즈와도전성의경로가없는가까운선로사이에서발생할수있는유도성노이즈현상으로볼수있다. 제품의복잡성은처리속도와그밖의다른요소들에따라변한다. 제품이복잡할수록 RF 에너지를방출할가능성이높고또한 RF 에너지의영향을받기쉬워진다. 다음표 1 에이내용이나타나있다. 이표는제품의처리속도와크기, 복잡성의관계를보여주고있다. < 표 1 다양한제품의잠재적방출레벨 > Product size / complexity Processing speed Low / single board Medium / Mother or daughter board Large / Multiple modules Slow < 10 MHz Low Medium Large Medium 10 MHz < f < 100 MHz Medium Medium to high High to very high High > 100 MHz High High to very high Very high 있다. PCB 에서의 EMI 문제가발생했을때, 이를설명하는단순한모델에는 3 가지요소가 (1) 에너지의발생원 (2) 이에너지에의해혼란을일으키는수용체 (3) 발생원과수용체간의결합경로 페이지 14/18

15 EMI 에의한방해가존재하기위해서는이세가지를모두만족시켜야한다. PCB 에서의 EMI 문제를해결하기위해서는 RF 방해의발생원을최대한으로제거하는 PCB 를설계하는것이가장경제적인접근방법이다. 그림 14 은위에서설명한노이즈와그방사의메커니즘을잘나타내고있다. Clocked current I/O and V cc transient Power supply Driver I 1 Loop area A 1 Trace Ringing I/O(V cc ) GND Cable GND transient I 2 Device/V cc Plane Receiver Loop area A 2 GND I/O radiation Emitted and received GND/V cc Plane Ground Bounce PCB radiation Emitted and received Crosstalk 그림 14. EMI 방사메커니즘 7.1 케이블링 어떤전자기기가그기기자체로전자파적으로적합하게설계되어있을지라도이기기가다른장치또는기기와케이블을통하여연결되어진다면케이블을통한불요전자파가발생되어그적합성이의심받게되는경우가비일비재하다. 케이블은일반적으로회로부품보다길고, 표면적등치수도상당히크다. 그러므로이케이블은의도치않은전자파를발생하기도한다. 페이지 15/18

16 그림 15. 전형적인 PCB 위에설계된전송선로의예 이 PCB 의단면을보면, 접지-전원층과전송선의위치를확인할수있는데, 이것은다양한전송선에관한파라메타를계산하는데유용하게활용할수있다. 예측가능한전송선의전기적인특성을이용해여러층으로쌓여있는유전체와도체에대한크기와위치를조절할수있다. 7.2 Eddy Effect 도전성선로의차폐불안으로인하여인접케이블에노이즈가유기되는현상으로인하여 케이블배치에따라노이즈분포및방사량이크게차이가나고있다. 그림 16. Cable Conductor Eddy Effect 발생원리 페이지 16/18

17 7.3 DESIGN Rule Design Rule 내용 비 고 PCB 나부품에서방사되는 EMI 에너지를외부로방출되지않 차폐구조 도록적당한두께 (Skin effect 에의거산정 ) 의금속체로 PCB 와 회로를감싼다. 각종선의처리신호입력단 RC Low-Pass Filter 회로간인터페이스를위해사용하는선들은가장최적의위치를찾아고정시켜불필요한노이즈가생기지않도록한다. 신호입력단에차폐구조물적용으로주변회로에유도방지와출력단에감쇄용부품적용데이터라인에서 RC low-pass 필터에서 C값또는 R 값을조절하여노이즈성분을저감시킬것 ( 임피던스고려 ) Main Chip IC의 Vcc단에근접위치에 ceramic. electrorythic capacitor를우선배치적용한다. 양면 PCB 설계시에부품면과동박면의 Ground처리는 Thru- Hole의분포를균일하게하고최대한다점으로처리. 중요한접지처리는 Frame Ground 와 Main Chip Ground를가능한넓은면적으로연결한다. EMI 대응 PCB 설계 Signal, Data, Clock Line 은최대한근거리로선로를연결하며 굵고짧은 Pattern 으로처리하되부득이한경우회로의주파수를 감안하여적절한 Multilayer suppression Inductor(Chip Beads) 를특성에부합하는부품을적용한다. Ground 와 Ground간에존재하는전압및임피던스를최소화하는 PCB설계가원가절감및쉽고효율적인노이즈감쇄및신호의흐름을원활하게하는 PCB설계특히 Analog와 Digital GND 분리설계가중요함. 페이지 17/18

18 8. 종합적인기술지원내용분석 종합적으로본제품에대한기술지원은다음과같다. - DVR 제품의 CE 인증을위한규격내용전달. - 제품의 EMI적사전시험진행 - EMI 방사원 (Noise Source) 지적및방사경로파악 - EMI 방사노이즈대책 - 정전기시험등 CE 인증을위한여타의시험진행및결과판단 - PCB Artwork 상태진단및평가 - 회로구성 Review 및진단 - EMI 부품선정및사용법설명 이중 EMI 대책은상당히안정화된전원과넓게분포된접지패턴및 Analog와 Digital GND를분리설계, 강한차폐효과, 그라운드간전위차로인한 CM 노이즈및케이블의 Eddy Effect를고려한 layout으로방사노이즈를최소화하여큰변경없이 EMI 노이즈를대책할수있었다. 9. 향후제품설계에반영되어야할방향 본제품의 PCB Pattern를보면 Analog와 Digital GND를분리하여 EMI대책에부합하는설계로되어있음을알수있는데신규로개발되는제품에대해서도본제품과같은근거리에위치하는부품의배치로회로선로의짧은연결과좋은접지 Pattern 설계는유지되었으면한다. Digital 고주파수의신호를다루는제품에서는기본과이론에부합하는근본적인 PCB Pattern의설계와 EMC 설계대책기술과사용하는회로에대한노이즈감쇄부품의적절한적용그리고원가를고려하는 Bead부품이없는최적제품으로개발초기부터적용되어야함을추천하며본연구보고서에서술된 EMC Design Rule에부합하는설계가계속적으로적용되어야하며, 또한적용하는부품의특성및 EMI에대한 Guide를준수하는 PCB Layout을유지하기를적극추천한다. 페이지 18/18

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- 2 - - 2 - - 3 - - 4 - - 5 - - 6 - - 7 - - 8 - - 9 - 가 ) 가 ) 가 ) 가 ) - 10 - - 11 - 길이 피시험기기 주전원 절연지지물 케이블지지용절연물 접지면 발생기 - 12 - 길이 가능한경우 절연지지물 절연지지물 접지면 전자계클램프 감결합장치 - 13 - - 14 - - 15 - - 16 - - 17 - - 18 -