In this paper, EMI measurement, the STGU simulation being conducted, filter design, its characteristics, and its implementation to the PCB, and finally test results are discussed. When the low pass filter was implemented within the STGU, the power of EMI decreased more than 20dBm. Finally, when TE a...
In this paper, EMI measurement, the STGU simulation being conducted, filter design, its characteristics, and its implementation to the PCB, and finally test results are discussed. When the low pass filter was implemented within the STGU, the power of EMI decreased more than 20dBm. Finally, when TE and MTIE, two important quality measure in synchronous reference clock, was assessed, ITU-T G813 requirement was satisfied. EMI(Electromagnetic Interface) is a measure of electomagnetic radiation from equipment in the range of 10KHz to 3GHz, and can cause unexpected reactions of electronics/electrical equipment. In this study, for safe and stable communication operation, a STGU (System Timing Generation Unit), which is a 2.5G SDH System and a major EMI source, was employed to simulate electromagnetic interface. Using Open-Site test, the power of fundamental frequency of EMI of interest and its harmonics were measured. Also, a low pass filter at cut-off frequency of 2GHz was specifically designed for this study to minimize the effect of EMI between electronic components.
In this paper, EMI measurement, the STGU simulation being conducted, filter design, its characteristics, and its implementation to the PCB, and finally test results are discussed. When the low pass filter was implemented within the STGU, the power of EMI decreased more than 20dBm. Finally, when TE and MTIE, two important quality measure in synchronous reference clock, was assessed, ITU-T G813 requirement was satisfied. EMI(Electromagnetic Interface) is a measure of electomagnetic radiation from equipment in the range of 10KHz to 3GHz, and can cause unexpected reactions of electronics/electrical equipment. In this study, for safe and stable communication operation, a STGU (System Timing Generation Unit), which is a 2.5G SDH System and a major EMI source, was employed to simulate electromagnetic interface. Using Open-Site test, the power of fundamental frequency of EMI of interest and its harmonics were measured. Also, a low pass filter at cut-off frequency of 2GHz was specifically designed for this study to minimize the effect of EMI between electronic components.
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문제 정의
본 논문에서는 2.5G 동기식 광전송장치에서 발생하는 불요파를 측정하고 이 불요파의 발생 원인 STGU 유니트에 대해 불요파의 분포와 세기를 시뮬레이션하였으며 또한 이불요파를 차단하기 위한 저역통과필터를 제작하였다.
제안 방법
2.5G 동기식 광전송장치에서 발생하는 800MHz 대역에서의 불요파를 Filter부착전, 후를 비교 측 정하였다.
따라서 이를 이미 제작된 STGU유니트내의 한정된 공간안에 적용하기 위하여 기존의 SOIC 형태의 74bct541 소자 대신에 TSSOP 형태의 74vhct541 소자를 사용하고 Filter회로를 함께 설계 하였다.
먼저 모든 CAD시스템간의 설계데이타는 완벽히 호환이 이루어지지 않지만 PCAD 와 OrCAD간에의 호환을 위해 OrCAD에서 받아들일 수 있는 파일(확장자 : PDF)을 생성한 후 OrCAD에서 OmegaPlus에서 받아들일 수 있는 파일(확장자:MAX)을 생성하여 시뮬레이션을 실 시하였다.
클럭 특성에 대한 시험은 크게 클럭과 FS신 호간의 위상차 및 클럭안정도 측정으로 구분하여 실시하였다.
대상 데이터
또한 Filter부착전, 후 클럭간의 위상차를 보상하기 위하여 동일지연시간을 갖도록 전달지연시 간(Propagation Delay)0] 최대 5nsec인 TSSOP 형태의 동일한 74vhct541소자를 출력단에 추가하여와 같이 4층으로 설계, 제작하여 STGU 유니트 1매에 Sub-Board의 수량은 10개가 출력단에 OSC 실장되었다.
설계된 PCB의 크기는 22.76 X 10.26(단위 mm)이며 두께는 0.8t(단위:mm)로 부품은 양면으로 실장되어 Sub-PCB당 4개의 필터가 실장되 도록 설계하였다.
시뮬레이션을 위한 주파수는 STGU 유니트의 기본 주파수인 51.84MHz를 모든 신호선에 대해 동일하게 적용하였다.
필터는과 같이 0805사이즈로 인덕터(180nH) 2개, 캐페시터 39pF 2개와 82pF 1개 로PCB Layout은 선로폭 3mm, 길이 limn로 과 같이 설계하였다.
이론/모형
PCB에서의 전자파를 해석하기 위해서는 여러 가지 시뮬레이션 툴이 있는데, 여기서는 Omega -Plus를 사용하여 시뮬레이션 하였다.
따라서 본 논문에서는 전송시스템의 이동이 불가능하기 때문에 불요전자파 측정을 위한 최적 방법으로 on-site test방법을 사용하였다.
성능/효과
Filter부착전에는 800MHz대역에서 발생하는 불요파 세기는과 같이 약 46dB로 측정되었으며, 이는과 같이 정보기기류의 전자파 방사기 준에서 측정 주파수대역이 230MHz ~ 1000MHz대역에 해당하며 측정기준인 47dB로 전자파 방사기준에는 적합함을 알 수 있다.
Filter회로를 적용한 후 불요파 세기를 비교 측정한 결과 에서와 같이 800MHz대역 에서 약 26dB로 20dB이상 감소함을 알 수 있다.
따라서 본 논문에서는 과 같은 절차를 거쳐 2.5G 동기식 광전송장치에서 발생하는 불요파를 측정하고 이 불요파의 발생원인 STGU유니트에 대해 PCB설계 데이타를 이용하여 PCB선로에서 발생하는 불요파의 분포와 세기를 시뮬레이션하고 이불요파를 차단하기위한 저역통과필터를 설계, 제작하여 필터부착전, 후 비교측정 결과 불요파세기가 가장 크게 발생하는 800MHz 주파수대역에서 약 20dB정도 감쇠됨을 확인하였다.
따라서 이미 제작되어진 유니트에 대하여 필터 회로를 적용하기 위해서는 부품교체등 재작업이 필요함에 따라 하나의 시스템을 구현할 때, 디자인 단계에서부터, 테스트 단계, 생산 단계까 지 일관되게 EMI를 줄이는 기술이 적용되어야만 최소의 EMI 문제를 가진 제품을 개발할 수 있음을 알게 되었다.
설계된 필터의 특성을 측정한 결과 과 같이 800MHz대역에서 약 16dB정도의 차단 특성을 가지며, 또한 Filter부착전후 클럭위상 차 측정결과과 같이 약 4.7nsec의 위상차가 발생하였다.
시뮬레이션 결과 600MHz ~ 750MHz대역의 불요파는와 같이 2.5G 동기식 광전송 장치의 MPU(Main Processor Unit) 와 STGU유 니트간 데이터 통신을 위한 Data Bus 및 Address Bus 신호선에서 발생함을 알 수 있다.
와 같이 동기신호분배장치인 DOTS (Digital Office Timing Supply)에서 El Clock을 공급한후 25G 시스템에서의 유도클럭 (Drived Clock)에 대해 특정기간동안 이상적인 신호에 대한 측정신호의 시간지연의 변화량을 나타내는 TIE(Time Interval Error)와 측정기간(Obser -vation Time) 동안의 Maxium Tie 값으로 Peak-to-Peak 위상변화를 나타내는 MTIE (Maximum Time Interval Time) 측정 결과 , 과 같이 ITU-T 권고안G.813에서 권고하는 특성에 적합함을 알 수 있 다.
이를 이미 제작된 STGU유니트 내의 한정된 공간안에 실장하기 위하여 Sub-PCB 형태로 Filter 를 제작하여 적용한 후 800MHz 대역에서 의 불요파 측정결과 약 18dB 이상 감쇠됨을 확인하였으며, 또한 클럭원 품질을 측정한 결과 ITU-T권고안 G.813도 만족하였다.
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