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2020.05.27 DC/DC

노이즈 대책 : 코너 배선, 전도성 노이즈, 방사 노이즈

DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃

이제 2편에 걸쳐, 기판 레이아웃과 노이즈의 관계에 대해 설명하겠습니다.

코너 배선의 노이즈 대책

배선 패턴에는 코너 배선이 꼭 필요하며, 이러한 코너의 배선 방법에 따라 EMI의 악화를 초래하는 경우가 있습니다. 기판 레이아웃의 경험이 없는 분들은 조금 믿기 어려울 수도 있겠지만, 이러한 부분에서 경험과 노하우가 필요하게 됩니다.

하기 그림은 코너 배선의 좋고 나쁨을 표시한 것입니다. 코너 배선을 직각으로 하면, 코너에서 임피던스가 변하게 됩니다. 그에 따라 전류 파형에 흔들림이 발생하여 파형의 반사가 발생합니다. 스위칭 노드 등 주파수가 높은 배선에서는 반사로 인해 EMI가 악화될 가능성이 있습니다.

코너 배선은 직각으로 구부려서는 안되고, 45°나 원호 (円弧)를 그리듯 둥굴리는 것이 바람직합니다. 구부리는 반경이 클수록 임피던스의 변화는 작아집니다.

노이즈 단자 전압 (전도성 에미션) 대책

노이즈 단자 전압은 입력 라인에 귀환하는 노이즈로, 전도성 에미션이라고도 합니다. 주로 발진 주파수의 배수로 노이즈 대역이 나타납니다.

이 노이즈는 페라이트 비즈나 π형 필터를 삽입함으로써 억제할 수 있습니다. 이러한 노이즈 대책 부품은 억제하고자 하는 대역 (저감하고자 하는 노이즈)의 부품으로 선정해야 합니다. 이를 위해서는 노이즈를 확인하고 주파수의 기준을 정해둘 필요가 있습니다. 하기 그림은 노이즈 단자 전압의 측정 데이터 예입니다.

노이즈 전계 강도 (방사 노이즈) 대책 방법

또 한가지 검토해야 하는 노이즈로, 노이즈 전계 강도 (방사 노이즈)가 있습니다. DC/DC 컨버터의 방사 노이즈는 스위치 ON과 OFF 파형의 기울기와 링잉으로 인해 발생하고, 대략 100MHz~300MHz의 노이즈가 발생합니다.

스위칭 rising / falling 시의 링잉은 주로 MOSFET와 입력 콘덴서 사이의 배선 인덕턴스가 원인이 되며, 인덕턴스의 크고 작음이 노이즈에 영향을 미칩니다.

입력 콘덴서의 배치 편에서 설명한 바와 같이, 입력 콘덴서의 배치와 배선을 최적화함으로써, 노이즈의 레벨을 낮출 수 있습니다.

DC/DC 컨버터 회로의 방사 노이즈가, 탑재기기가 대응해야 하는 규격을 초과했을 때의 대책으로서, 스위칭 파형을 완만하게 하는 방법과 스너버 회로를 추가하는 방법이 있습니다.

하기의 파형도는 방사 노이즈의 측정 예입니다. 약 200MHz 영역에서 다소 좋지 않은 결과를 나타내고 있습니다.

이러한 방사 노이즈를 저감하는 방법에 대해서는 다음 편에서 구체적으로 설명하겠습니다.

키 포인트

・코너 배선은 원호와 같은 형태로 하여, 배선 임피던스의 변화를 저감함으로써 노이즈가 발생하지 않도록 한다.

・노이즈 단자 전압 (전도성 에미션) 대책으로는, 노이즈 주파수에 따라 비즈 및 π형 필터를 사용한다.

・노이즈 전계 강도 (방사 노이즈)는 입력 콘덴서 배치의 최적화와 스위칭 파형을 완만하게 하여 조정한다.

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