KR100198806B1 - 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템 - Google Patents

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Abstract

전자파 장해(EMI; electromagnetic interference)의 규정된 시험 방법인 원역장(far zone) 측정법에 의해서는 전자기기의 구성요소인 인쇄회로 기판(PCB)의 부분별 전자장 잡음원을 찾을 수가 없으므로 인해 본 발명은 모니터링 시스템을 위치 제어 블록, 측정 제어 블록, MMI 모듈 및 기구물로 각각 구분하여 전자파 장해(EMI) 시험 대상기기의 근본적인 대책 설계를 위해 인쇄회로 기판(PCB)의 근역장을 수 분내에 자동으로 측정할 수 있도록 한 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템에 관해 개시된다.

Description

인쇄회로 기판의 전자파 장해(EMI) 모니터링 시스템
본 발명은 인쇄회로 기판의 전자파 장해(EMI) 모니터링 시스템에 관한 것으로, 특히 전자파 장해(EMI) 시험 대상기기의 근본적인 대책 설계를 위해 인쇄회로 기판(PCB)의 근역장을 수 분 내에 자동으로 측정할 수 있도록 한 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템에 관한 것이다.
종래의 기술은 주로 자계측정에 국한되고 있으며, 특히 EMSCAN의 경우 자계 프로브를 측정판 상에 고정시킴으로 해서 측정점의 갯수 및 위치 제한을 갖고 있다. 원역장인 경우에는 전계와 자계의 세기가 일정비율(E/H=377 W)을 갖기 때문에 어느 한 성분만이 정확히 측정되면 다른 하나는 이 비율에 의해 쉽게 그 값이 산출되나 근역장인 경우는 쉽게 산출되지 않는 단점이 있다.
또한, 전자기기에서 방출되는 전자장 잡음의 규정된 측정은 야외 시험장이나 무반사 실에서의 원역장(far zone)을 원칙으로 하기 때문에 이러한 측정법으로는 전자기기의 구성요소가 되는 인쇄회로 기판(PCB) 상의 전자파 장해(EMI) 대책을 강구하는 데 어려운 단점이 있다.
따라서 본 발명은 인쇄회로 기판(PCB) 상의 잡음원을 부분별로 측정하여 대책 설계에 활용하기 위해서는 인쇄회로 기판(PCB)에서 방출되는 근역장(near zone) 복사 잡음을 수 mm 이내의 거리에서 전계 및 자계 프로브로써 측정하고, 맨-머신 인터페이스 모듈(MMIM)상에서 사용자가 측정 대역이나 측정점을 자유롭게 선택할 수 있음으로 해서 보다 더 효율적인 측정 수행이 가능하도록 한 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템은 측정하고자 하는 인쇄회로 기판이 적재되는 기구물과, 상기 기구물에 적재된 인쇄회로 기판의 위치를 제어하는 위치 제어 블록과, 사기 인쇄회로 기판에서 방출되는 근역장 복사 잡음을 수 mm 이내의 거리에서 전계 및 자계 프로브로써 측정하기 위한 측정 제어 블록과, 상기 측정된 결과를 인쇄회로 기판 상의 회로에 대한 영상 데이터와 대비시켜 컴퓨터 화면 상에 보이도록 하는 맨-머신 인터페이스로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 위치 제어 블록(PCMB; Position Controller Moving Block), 측정 제어 블록(MCLB; Measurement Control Block)과 맨-머신 엔터페이스(MMI; Man Machine Interface) 모듈, 그리고 기구물로 구분할 수 있다. 위치제어 블록(PCMB)은 X-Y-Z위치 이송장치를 구동시키고, 이를 제어하여 측정점을 프로브가 자동으로 이동할 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 측정 제어 블록(MCLB)은 측정을 위한 각종 소프트웨어(SW) 모듈이 설치 운용될 수 있는 사용자 컴퓨터(PC)와 인터페이스 카드(GBIB) 그리고, 복사 측정 제어 모듈(EMCM)로 구성된다. 맨-머신 인터페이스 모듈(MMIM)은 사용자가 용이하게 측정을 운용할 수 있도록 제공되는 소프트웨어(SW) 모듈이다.
제1도는 본 발명에 따른 인쇄회로 기판의 전자파 장해(EMI) 모니터링 시스템의 기능 블록도.
제2도는 본 발명에 따른 인쇄회로 기판의 전자파 장해(EMI) 모니터링 시스템의 기블록도.
제3도(a)는 제2도의 위치제어 블록의 상세한 블록도.
제3도(b)는 제3도(a)의 상세한 구성도.
제4도는 제2도의 측정 제어 블록의 상세한 구성도.
제5도는 제2도의 맨-머신 인터페이스 모듈(MMIM)을 설명하기 위해 도시한 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템 2 : 위치 제어 블록
3 : 측정제어 블록 4 : 맨-머신 인터페이스
5 : 기구물
전자기기에서 방출되는 전자장 잡음의 규정된 측정은 야외 시험장이나 무반사 실에서의 시험을 원칙으로 한다. 그러나 이 규정된 측정은 원역장(far zone)의 측정값이므로 제품의 부분별 전자장 잡음원을 분석할 수 없다. 그러므로 EMI 대책 설계를 위하여 제품의 구성 요소인 인쇄회로 기판(PCB)에서부터 잡음원을 찾을 수 있는 전자파 장해(EMI) 모니터링 도구가 필요하다.
이러한 필요성에 부응하고자 고안된 본 전자파 장해(EMI) 모니터링 시스템은 인쇄 회로 기판(PCB) 형태의 원형(prototype) 전기 전자 기기에서 방출되는 근역장(near zone) 복사 잡음을 수 mm 이내의 거리에서 전계 및 자계 프로브로써 측정하고 그 결과를 PCB 상의 회로에 대한 이미지(image) 데이터와 대비시켜 컴퓨터 화면 상에 보이는 시스템이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 인쇄회로 기판의 전자파 장해(EMI) 모니터링 시스템의 기능 블록도이다. 인쇄회로 기판의 전자파 장해(EMI) 모니터링 시스템(1)은 위치 제어 블록(PCMB)(2), 측정 제어 블록(MCLB)(3), 맨-머신 인터페이스(MMI)(4) 및 기구물로 구성된다.
위치 제어 블록(PCMB)(2)은 X-Y-Z 위치 이송 장치(PCMU)(6) 및 그 제어 모듈인 위치 제어 모듈(PCMM)((7)과 이미지 제어장치(IMCU)(8) 및 그 제어 모듈인 이미지 제어 모듈(IMPM)(9)로 구성된다.
측정 제어 블록(MCLB)(3)은 사용자 컴퓨터(PC)(10)와 인터페이스 카드(GPIB)(11) 및 복사측정 제어 모듈(EMCM)(13)로 구성된다.
맨-머신 인터페이스(MMI)(4)는 맨-머신 인터페이스 모듈(MMIM)(14)로 구성된다.
제2도는 본 발명에 따른 인쇄회로 기판의 전자파 장해(EMI) 모니터링 시스템의 블록도로서, 제3도(a) 내지 제5도를 참조하여 동작을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 제2도에 도시된 바와 같이 본 측정 시스템은 피측정 인쇄회로 기판(16)을 빈 공간의 측정대(15)에 위치시키고, 측정대(15) 아래에서 근역장 수신용 프로브(18)를 X-Y-Z 위치 이송 장치(17)에 의해 격자형의 측정점을 자동적으로 옮겨가며 전/자계를 수신한다. 이때, X-Y-Z 위치 이송장치(17)는 제어 소프트웨어(SW) 모듈에 의해 2차원적 혹은 3차원적 위치 선택/이동이 가능하며, 전/자계 수신은 계측기의 측정 환경 제어 및 측정 데이터를 사용자 컴퓨터(19)로 이동시키는 일련의 수행을 소프트웨어(SW) 모듈에 의해 시행한다. 그리고, 사용자의 전자파 장해(EMI)대책을 위해 인쇄회로 기판(PCB) 상의 각 회로 요소 별 복사 전자장을 시각적으로 확인할 수 있도록 하기 위해 본 시스템은 영상 처리 소프트웨어(SW) 모듈에 의해 카메라(20)를 통한 영상 데이터를 사용자 컴퓨터(PC)(19)로 읽어들여 모니터 상에 측정된 전/자계 공간 분포와 이미지(Image) 데이터를 겹쳐 보일 수 있도록 하였다. 상기의 측정 기능 수행을 dnl해 본 시스템이 갖는 기술 규격을 다음 표1과 같다.
위치 제어 블록(PCMB)(2)은 제3도(a) 및 제3도(b)에 도시된 바와 같이 X-Y-Z 위치 이송 장치(PCMU)(17) 및 그 제어 모듈인 위치 제어 모듈(PCMM)((7)과 이미지 제어 장치(IMCU)(8) 및 그 제어 모듈인 이미지 제어 모듈(IMPM)(9)로 구성된다.
X-Y-Z 위치 이송 장치(PCMU)(17)는 프로브(18)의 평면 X, Y, Z 이동용으로 각 축으로 개별 이동 및 동시 이동이 가능하며, 디지틀 입/출력(I/O)의 제어로 스텝 모터를 제어하여 소프트웨어(SW)에 의해 시험환경을 제공한다. 그리고, 3방향의 필드(field) 측정이 가능하도록 프로브 홀더(holder)(21)를 X 및 Y 축으로 90도 수동회전하여 프로브(18)의 고정이 가능하도록 한다.
프로브(18)의 X-Y-Z 위치 이송 장치(17)를 제어하기 위한 위치 제어 모듈(PMCC)(7)은 사용자의 특별한 선택이 없는 경우 프로브(18)는 순차적인 측정점을 따라 움직이고 사용자가 특정점을 지정할 경우 그 지점으로 바로 프로브(18)가 이동할 수 있도록 한다. 또한, 이 위치 제어 모듈(PCMM)(7)은 제4도의 측정 제어 모듈(EMCM)과 인터페이스된다. 설명되지 않은 도면부호 21은 스펙트럼 분석기이다.
이미지 제어 장치(IMCU)(8)는 이미지 촬영을 위한 카메라(22), 이미지 촬영기 홀더(holder)(23) 및 이미지 제어 모듈(IMPM)(9)로 구성된다. 이미지 촬영기 홀더(23)는 제3도(b)에서와 같이 카메라(22)의 고정, 높이 조절 및 케이스 내로 접어넣을 수 있는 기능을 제공한다.
이미지 제어 모듈(IMPM)(9)은 이미지 촬용기인 카메라(22)로 촬영된 영상 데이터를 화면에 측정점과 정확히 일치되도록 나타내어 주도록 한다. 이렇게 함으로써 프로브로 인쇄회로 기판(PCB)으로부터 측정된 복사량을 영상 데이터의 회로 배치 정보를 함께 화면 상에서 볼 수 있는 기능을 제공하게 된다.
측정 제어 블록(MCLB)(3)은 제4도에 도시된 바와 같이 측정을 위한 각종 모듈이 설치 운용될 수 있는 사용자 컴퓨터(PC)와 인터페이스 카드(GPIB)(32) 및 복사 측정 제어 모듈(EMCM)(33)으로 구성된다. 모든 측정 모듈은 윈도우 95에서 운용되도록 되며, 복사측정 제어 모듈(EMCM)(33)은 인터페이스 카드(GPIB)(32)를 통해 사용자 컴퓨터(31)와 계측기 간의 측정 제어 모듈로서 사용자가 계측기의 다양한 측정제어를 할 수 있도록 한다. 계측기의 측정 제어 항목은 다음과 같다.
1. 스펙트럼 분석(Spectrum Analyzer) 및 프리설렉터(Preselector) 고정.
2. 시작 주파수(Start frequency), 종료 주파수(Stop frequency).
3. 분석(Resolution) BW, 비디오(Video) BW
4. 기준 레벨(Reference Level)
5. 맥스-홀드(Max-hold)
6. 대역상 최대값(Maximum value)지시
맨-머신 인터페이스(MMI)(4)는 제5도에 도시된 바와 같이 맨-머신 인터페이스 모듈(MMIM)((41)이 앞서 기술된 3가지 소프트웨어 모듈인 위치제어 모듈(PCMM)((7), 이미지 제어 모듈(IMPM)(9) 그리고, 복사 측정 제어 모듈(EMCM)(33)과 인터페이스 된다. 맨-머신 인터페이스 모듈(MMIM)((41)은 사용자가 용이하게 측정을 운용할 수 있도록 제공되는 소프트웨어(SW)이다.
맨-머신 인터페이스 모듈(MMIM)((41)은 크게 3부분으로, [파일], [측정], [출력] 그리고 [도움말]을 윈도우 상의 아이콘으로 나타낸다. [파일]은 측정 데이터를 파일화하여 열기, 닫기, 저장 그리고 인쇄등을 실행할 수 있다. [측정]은 측정영역, 측정시작, 측정정보, 프로브 등으로 구성되며 각 기능은 다음과 같다.
측정영역에서는 프로브가 측정하여야 할 부분을 지정하는 단계이다. 인쇄회로 기판(PCB)을 길이 측정자가 부착된 측정대에 위치시키게 되면 이미지 제어 모듈(IMPM)(9)에 의해 자동적으로 인쇄회로 기판의 영상이 사용자 컴퓨터(31)의 모니터 상에 나타나게 된다. 그러면 사용자는 부착된 자에 의해 인쇄회로 기판의 2차원적 면적을 입력하게 되고, 인쇄회로 기판 상의 소자 배치와 인쇄회로 기판의 크기를 고려하여 측정점 간격을 설정한다. 또한, 본 시스템에서는 사용자가 바로 임의의 측정점을 지정할 수도 있다.
이후, 측정정보에서 복사측정 제어 모듈(EMCM)(33)과 관련된 계측기의 측정환경을 선택하게 된다. 프로브에서는 측정하여야 할 프로브(전계/자계)를 선택하고 수동으로 선택한 프로브를 원하는 측정방향으로 설치한다.
측정영역, 측정정보 그리고, 프로브의 지정이 완료되면 측정시작을 선택한다. 그러면 측정의 시작과 함께 화면에 인쇄회로 기판의 영상 위에 선택한 측정지점들이 격자화되어 측정된 점들과 측정되어야 할 점들이 구분되어 시각적으로 측정의 진행정도를 알기 쉽게 한다.
[출력]은 Graph, Contour, Surface 그리고 Overlay 등의 기능이 있다.
Graph은 가로는 주파수, 세로는 복사전계를 MHz와 dBmV/m의 단위로 디스플레이시키는 기능이다. 이때, 한 그래프내에 몇 가지의 국제 규격 제한치와 몇 가지의 데이터를 함께 표현할 수 있도록 하여 사용자가 피시험 인쇄회로 기판으로부터 복사되는 양을 직접 규격 제한치와 비교가 가능하도록 한다.
Contour는 가로 및 세로축은 피측정 인쇄회로 기판(PCB)의 측정점들을 포함하는 2차원 평면을 나타내고, Contour의 값들은 2차원 인쇄회로 기판 평면 상의 복사 전계를 표현하는 기능이다. Contour 간의 resolution은 사용자가 선택 가능하도록 한다.
Surface는 3차원 그래픽 기능으로 x, y 그리고 z축으로 나타내며, x 및 y축은 Contour와 같이 피측정 인쇄회로 기판의 가로 및 세로를 나타내며 z축은 복사 전계값을 매쉬화 하여 나타낸다.
Overlay 기능은 사용자의 선택에 따라 Image 기능과 Contour 또는 Surface 기능의 혼합 디스플레이 기능이다. 즉, Image 데이터 위에 Contour를 겹칠 수도 있고 image 데이터 위에 Surface를 겹쳐 보일 수 있는 기능이다.
한편, 제3도(b)에 도시된 기구물은 내부에 프로브(18)와 X-Y 테이블(24)이 위치하도록 피측정 기판이 놓이는 인쇄회로 기판 측정대(26)와 비엔씨(BNC) 케이블이 드나드는 슬롯(slot)(25)을 제외한 부분이 모두 동일 재질 및 색상의 비금속을 사용하여 빈 상자 형태로 구성되고, 전체 치수는 약 600 * 600 * 300 mm3 이다. 인쇄회로 기판 측정대(26)는 400 * 400 mm2 크기의 기구물의 윗면에 사각의 구멍을 내고 구멍의 윗변과 왼쪽변에 인쇄회로 기판 크기 측정자를 부착시킴으로써 사용자가 인쇄회로 기판을 위치시키면서 그 크기를 [측정]의 측정영역의 인쇄회로 기판 측정 면적을 용이하게 입력시키도록 한다.
상기와 같이 시스템을 구성하므로서 시스템이 제공하는 기능은 다음과 같다.
1. 인쇄회로 기판 상의 전자장 복사의 최대치를 빠른 시간 내에 자동 탐색한다.
2. 전/자계 복사의 주파수를 분석한다.
3. 인쇄회로 기판의 이미지(image) 데이터와 3차원 복사 전자장 분포를 동시에 한 화면에 겹쳐 보임으로써 인쇄회로 기판의 부품면과 복사량을 1대1 대응할 수 있도록 한다.
4. 대첵 전과 후의 인쇄회로 기판 패턴 및 복사 분포를 비교한다.
5. 전계 및 자계의 원하는 성분의 측정을 가능하게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 인쇄회로 기판 상의 잡음원을 원하는 지점에서 자동으로 측정하는 기능을 제공함으로써, 측정 결과를 신속히 얻을수 있을 뿐만 아니라 인쇄회로 기판의 영상 데이터를 함께 모니터링 함으로써 기판 상의 전자파 장해(EMI)를 한눈에 확인할 수 있어 산업 현장에 있는 인쇄회로 기판 설계자에게 전자파 장해 측정 및 대책을 용이하게 할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 측정하고자 하는 인쇄회로 기판이 적재되는 기구물과, 상기 기구물에 적재된 인쇄회로 기판의 위치를 제어하는 위치 제어 블록과, 상기 인쇄회로 기판에서 방출되는 근역장 복사 잡음을 수 mm 이내의 거리에서 전계 및 자계 프로브로써 측정하기 위한 측정 제어 블록과, 상기 측정된 결과를 인쇄회로 기판 상의 회로에 대한 영상 데이터와 대비시켜 컴퓨터 화면 상에 보이도록 하는 맨-머신 인터페이스로 구성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치 제어 블록은 인쇄회로 기판의 위치를 이송하는 X-Y-Z 위치 이송 장치와, 상기 X-Y-Z 위치 이송장치를 제어 하는 위치 제어 모듈과, 상기 인쇄회로 기판 상의 회로를 영상 데이터화 하는 이미지 제어 장치와, 상기 이미지 제어 장치를 제어하기 위한 이미지 제어 모듈로 구성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 측정 제어 블록은 상기 인쇄회로 기판 상의 회로를 영상 데이터화 한 데이터를 입력으로 하는 인터페이스 카드와, 상기 인터페이스 카드를 통해 입력되는 상기 인쇄회로 기판 상의 회로를 영상 데이터화 한 데이터를 측정하는 복사 측정 제어 모듈과, 상기 복사 측정 제어 모듈에 의해 측정된 데이터를 화면에 보이도록 하는 사용자 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 맨-머신 인터페이스 모듈은 상기 인쇄회로 기판의 위치를 제어하는 위치제어 모듈, 상기 이미지 제어 장치를 제어하기 위한 이미지 제어 모듈 및 상기 복사 측정 제어 장치를 제어하기 위한 복사측정 제어 모듈과 인터페이스 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로 기판의 전자파 장해 모니터링 시스템.
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