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초록
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본 논문에서는 전원무결성(Power Source Integrity) 해석을 기반으로 PCB(Printed Circuit Board)내부 전원 선로의 RLC 공진(Resonance)현상을 해석하고 PCB내부 공진현상 감쇄를 위한 설계기법을 제시한다. 제시하는 기법은 PCB의 구조적 특성으로 형성되는 공진주파수를 예측하며, 공진현상 감쇄를 위한 디커플링 캐패시터의 적용위치 및 용량을 결정할 수 있다. 본 논문에서는 산업용 제어기 내부의 메인보드 회로 시뮬레이션 모델을 통해서 PCB 공진현상 감쇄 설계기법에 대한 타당성을 검증하였다. 본 연구결과는 향후, PCB 회로 설계에서 PDN(Power Delivery Network)구조의 안정도 향상에 기여할 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper introduces the reduction design technique of the resonance phenomenon of the inner PCB based on power integrity from the analysis about the inner power supply line generating RLC resonance. With the technique, the resonant frequency resulted from the structural characteristics of the PCB ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 산업용 제어기 내부에 장착되는 메인보드 회로 시뮬레이션 모델을 통해서 특정 주파수대역에서의 공진현상을 감쇄 시켜서 PCB 전원안정화를 위한 대책 방안의 타당성을 검증하였다.
  • PCB 동작에 방해가 되는 공진주파수의 위치 및 크기를 파악하고, 아울러 파악된 공진주파수에 대한 임피던스도 해석한다. 전자장 해석법을 통하여 공진주파수 및 임피던스에 대한 해석 결과를 바탕으로 PCB 레이아웃에 가상의 디커플링 캐패시터를 배치해 가면서 임피던스 및 공진현상 발생을 최소화하게 하는 디커플링 캐패시터의 위치 및 용량 값을 도출하여 PCB 내부에서 발생하는 공진현상을 최소화할 수 있음을 보이고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
디커플링 캐패시터의 용량선정과 PCB 상의 위치 결정방법에 대한 사항으로는 어떤 것들이 있는가? 첫째로 캐패시터의 용량 선정의 기준은 공진해석 결과에 의해 도출된 공진주파수(930MHz) 대역에서 임피던스가 가장 작은 캐패시터를 선정한다. 캐패시터의 주파수별 임피던스 특성은 제조사가 제공하는 Data sheet를 참조해야 한다. 둘째로 캐패시터의 위치선정은 PCB 공진 해석을 기초로 하여 공진발생 위치 부근에 대한 trial and error 기법으로 위치선정 및 캐패시터의 수량을 결정할 수 있었다.
디커플링 캐패시터는 무엇인가? 전자장 해석결과를 바탕으로 아트웍(Artwork)이 완료된 PCB 레이아웃 상에서의 공진영역 및 공진주파수를 알 수 있는데, 전원무결성 해석을 통해서 공진을 최소화하는 방법은 여러 가지가 있겠지만, 그 중에서도 디커플링 캐패시터를 통한 방법이 산업현장의 실무 엔지니어들에게는 가장 간편한 방법으로 사용되고 있으며, 본 연구에서도 이 방법을 도입하였다. 디커플링 캐패시터는 전원면(Vdd/Ground) 사이에 캐패시터를 삽입하여, 공진발생 영역 및 공진주파수를 제어하기 위한 캐패시터를 의미한다.
PCB 전원으로 유입되는 노이즈는 어떤 형태로 존재하는가? 즉, PCB 보드상에서 회로가 고속, 고집적화 되어감에 따라서 전원의 안정화가 주요한 문제로 대두되고 있다. PCB 전원 (Vdd/Ground)으로 유입되는 노이즈는 신호잡음, 전원에 의한 스위칭 노이즈(Switching Noise), 열잡음 등과 같이 여러 가지 형태로 존재하며, 이러한 노이즈는 시스템 내부 제어보드의 주요 신호들을 왜곡하여 알수 없는 시스템 에러를 발생시키거나, 데이터를 손실시키고 있다.
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참고문헌 (12)

  1. W. Liu and Y. Kami, "Analysis of crosstalk between finite- length microstrip lines: FDTD approach and circuit-concept modeling," IEEE Trans. Electromagn. Compat, vol. 43, no. 4, Nov. 2001, pp. 573-578. 

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