회로 설계와 EMC 설계의 밸런스제15회 EMC 개요 (3) 전자 양립성 (EMC)이란 무엇인가?

안녕하세요. 로옴의 이나가키입니다.

이번에는, 반도체 집적 회로 (IC)를 예로 들어 전자 양립성 (EMC)의 현상에 대해 구체적으로 설명하겠습니다.

먼저 전자 간섭 (EMI : Electromagnetic Interference, Emission)의 사례입니다. 반도체 집적 회로 (IC)가 스위칭 기술을 사용하여 동작하고, 프린트 기판 (PCB) 상에서의 EMC 대책이 불충분하다는 경우를 가정해보겠습니다. EMI 필터의 설계가 좋지 않은 경우, 예를 들어 저대역 통과 필터 (LPF)의 차단 주파수가 스위칭 주파수의 1/10보다 높은 경우 등입니다. 이러한 경우, 해당 반도체 집적 회로 (IC)를 동작시키면,

• ・주변에 배치된 AM / FM 라디오의 수신 감도가 악화되어 잡음이 발생한다.
• ・Bluetooth로 연결된 기기 등의 접속이 끊긴다.
• ・스마트폰에서의 동영상 재생이 끊긴다.

등, 여러가지 현상이 발생할 가능성이 있습니다.

다음으로 전자 감수성 (EMS : Electromagnetic Susceptibility, Immunity)의 사례입니다. 반도체 집적 회로 (IC) 근처에서 전자 노이즈가 발생하여, 영향을 미치는 경우입니다. 이 역시 프린트 기판 (PCB) 상에서의 EMC 대책이 불충분하다는 경우를 가정합니다. 노이즈 필터가 없는 경우나, 있더라도 주파수 특성이 전자 노이즈를 충분히 감쇠시킬 수 없는 경우입니다. 이러한 경우에는, 하기와 같은 현상이 발생할 가능성이 있습니다.

• ・차동 연산 증폭기 (OP Amp)의 동작점이 일반적으로는 VCC (전원전압)/2의 바이어스 전압이지만, VCC 근처나 GND 근처의 전압으로 변동된다.
• ・데이터 통신용 반도체 집적 회로 (IC)의 데이터 송수신 시, 전자 노이즈가 발생할 때만 해당 수신 데이터가 반전된다.
• ・저전압 디지털 회로 (CPU 및 메모리 포함)에서 전자 노이즈가 발생할 때만 제어 로직이 에러를 일으킨다.

지난 편에서 설명한, 전자 양립성 (EMC) 국제 규격의 적합 / 부적합 판정만으로는 이해가 어려울 것입니다. 실제 예에서는 모든 항목이 중대한 방해나 오동작으로 직결되는 것을 이해할 수 있을 것입니다. 이와 같이 전자 양립성 (EMC)에 관련된 현상은 매우 중요합니다. 특히, 항공 · 우주, 의료, 자동차 등 인명과 관련된 제품이나 부품에 대해서는, 만일에라도 발생해서는 안되는 사안입니다. 따라서, 충분한 검증을 거쳐, 안전하고 안심할 수 있는 제품이나 부품을 만들어 내기 위해, 각 업계의 부품 메이커에서 세트 메이커에 이르기까지 엔지니어가 전자 양립성 (EMC)에 대한 대책을 열심히 전개하고 있습니다.

그럼, 왜 이렇게 전자 양립성 (EMC)이 주목을 받는 것일까요?

전자 간섭(EMI)의 경우, 동작 주파수의 고속화가 크게 연관됩니다. 100MHz가 초고속이라고 인식되었던 시대와는 달리, 지금은 1GHz~10GHz에서 동작하는 제품도 드물지 않습니다. 당연히 그 고조파 성분이 전자 간섭 (EMI)의 요인이 되므로, 전자 간섭 (EMI)의 주파수 대역은 현격하게 넓어지고 있습니다. 또한, 고주파일수록 방사되기 쉬우므로, 더욱 주의가 필요합니다.

전자 감수성 (EMS)의 경우, 전원전압의 저하가 요인이 됩니다. 5V 로직과 0.9V 로직에서는 H 전압과 L 전압의 전압차 (V_IH/V_IL)가 전혀 달라집니다. 전원전압이 낮으면 전자 노이즈에 대한 내성이 낮아집니다.

또한, 반도체 집적 회로 (IC)를 구성하는 규모나 소자수가 해마다 많아지고 있습니다. 지금은 5억~10억개의 트랜지스터가 하나의 실리콘 칩 상에 구성되는 시대입니다. 따라서 전자 양립성 (EMC)의 문제가 발생하는 부분이 증가할 확률도 높아지고 있습니다. 앞으로도 무어의 법칙에 따라 미세화 · 고집적화되어 반도체 집적 회로 (IC)의 집적도가 향상되면, 전자 양립성 (EMC)은 더욱 악화될 것입니다.

현장에서는 이미 엔지니어가 전자 양립성 (EMC)의 중요성을 인식하여, 최근의 제품이나 부품은 전자 양립성 (EMC)에 대해 확실하게 대책을 실시하지 않으면 안된다는 사실을 체감하고 있습니다. 따라서 현실적으로는 「주목하고 있다」는 표현이 아니라, 「주목할 수밖에 없다」는 표현이 가까울 것입니다.

다음 편에서는 전자 양립성 (EMC)의 설계나 대책에 관한 실전편으로, 「EMC 계산법 · EMC 시뮬레이션」에 대해 설명하겠습니다.

다음 편을 기대해 주세요. 감사합니다.