고주파 회로 설계: EMI / EMC 대책과 실무 적용

고주파 회로 설계에서는 EMI(Electromagnetic Interference, 전자파 간섭)와 EMC(Electromagnetic Compatibility, 전자파 적합성)가 가장 큰 설계 과제 중 하나입니다.

 

 

 

EMI와 EMC의 기본 이해

EMI는 전자기기에서 발생한 불필요한 전자파가 주변 기기에 간섭을 일으키는 현상이며, EMC는 이러한 간섭에도 불구하고 기기가 정상적으로 동작할 수 있는 능력을 의미합니다. EMI 억제와 EMC 확보는 동시에 고려되어야 하는 설계 목표입니다.

• EMI: 전자파 방출(Emission)을 줄이는 기술
• EMC: 외부 전자파에 대한 내성(Immunity)을 높이는 기술

 

EMI의 주요 발생 원인

고주파 회로에서는 스위칭 소자, 고속 디지털 신호, 그리고 전원 변환 회로가 EMI의 주요 원인이 됩니다. 특히 MOSFET의 빠른 스위칭 전류 변화는 방사 노이즈를 유발합니다.

1. 고속 스위칭에 따른 전류 급변 (di/dt)
2. 길게 배선된 신호선의 안테나 효과
3. 부적절한 접지면(Ground Plane) 구성
4. 불충분한 차폐 구조

 

EMC 규제와 표준

EMC는 국제적으로 엄격히 규제되고 있으며, 설계자는 관련 표준을 반드시 확인해야 합니다. 주요 표준은 다음과 같습니다:

• KISA 전자파 적합성 인증 (국내 KC 인증)
• IEC 61000 시리즈 (국제 전자파 규격)
• CISPR 11/22 – 산업·정보기기용 전자파 방출 기준

 

PCB 설계 단계의 EMI 대책

PCB 설계에서 EMI를 줄이는 것은 매우 효과적입니다. 다음은 실무에서 자주 사용되는 EMI 억제 기법입니다:

• 그라운드 플레인 확보: 신호 리턴 패스를 최소화하여 전류 루프 면적을 줄임
• 디커플링 커패시터: 전원 핀 근처에 배치하여 전압 변동 억제
• 트레이스 최소화: 고속 신호선은 가능한 짧고 평행 배선을 피함
• 층간 분리: 전원층과 GND층을 인접하게 배치하여 EMI 차단

EMI가 심한 경우에는 패턴 차폐(Ground Guard Trace)나 차폐 비아를 추가하는 것도 좋은 방법입니다.

 

 

필터링 기법 (Filtering)

필터는 전자파 노이즈를 억제하는 가장 기본적인 대책입니다. LC 필터, π형 필터, 페라이트 비드(Ferrite Bead) 등이 자주 사용됩니다.

필터 종류구성특징

LC 필터	인덕터 + 커패시터	고주파 노이즈 억제에 효과적
π 필터	C-L-C 구조	양방향 노이즈 감쇠 우수
페라이트 비드	고주파 저항성 재질	디지털 회로에 적합

 

접지(Grounding) 설계의 중요성

접지는 EMI/EMC 설계의 핵심입니다. 아날로그와 디지털 GND를 분리하고, 노이즈 경로를 최소화하는 것이 중요합니다.

• 디지털 GND와 아날로그 GND는 단일 포인트에서 연결
• 고전류 경로와 신호선의 공통 임피던스를 분리
• 스타(Star) 접지 구조를 사용하여 루프 노이즈 방지

 

차폐(Shielding)와 케이블 관리

금속 케이스나 차폐 시트를 이용하면 전자파 방출을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 특히 고주파 클록선이나 RF 모듈 주변은 별도의 실드 케이스를 적용하는 것이 좋습니다.

또한 신호 케이블은 트위스트 페어(Twisted Pair)나 실드 케이블을 사용하여 외부 노이즈의 영향을 줄입니다.

 

 

실무 적용 예시

예를 들어, SMPS(스위칭 전원공급장치) 설계 시 EMI를 억제하기 위해 입력단에 EMI 필터와 커먼모드 초크를 배치합니다. 고속 회로에서는 신호선 사이의 크로스토크(Crosstalk)를 줄이기 위해 접지면을 확장합니다.

또한, PCB 검증 시 AWS EC2 기반 시뮬레이션 툴을 이용하면 열·전자파 분석을 동시에 수행할 수 있습니다.

 

 

자주 묻는 질문 (FAQ)

1. EMI와 EMC의 차이는 무엇인가요?

EMI는 전자파 간섭 그 자체를 의미하고, EMC는 전자기기 간섭을 방지하는 설계 대응 능력을 뜻합니다.

2. PCB에서 EMI를 줄이려면 어떻게 해야 하나요?

그라운드면 확보, 트레이스 최소화, 필터링 강화, 실드 적용 등이 주요 대책입니다.

3. EMC 인증은 어디에서 확인할 수 있나요?

KISA 전자파 적합성 인증 페이지에서 관련 기준과 절차를 확인할 수 있습니다.

 

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고주파 회로 설계에서 EMI/EMC는 단순한 기술적 문제가 아니라 제품 신뢰성과 품질의 핵심입니다. 설계 단계에서부터 필터링, 접지, 차폐를 충분히 고려하면 추가적인 비용과 수정 작업을 줄일 수 있습니다.