KR100969735B1 - 전원라인을 포함하는 전자장치 - Google Patents

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Abstract

전원라인을 포함하는 전자장치가 개시된다. 이 장치는 전원공급부와 접속되는 일측부; 일측부에서 분기되어 적어도 하나의 상호 반대방향의 전류흐름을 유도하도록 동작하는 적어도 하나의 제1 교차 영역을 공유하는 적어도 한 쌍의 전원라인; 및 이격 배치된 적어도 한 쌍의 전원라인을 합류시키도록 동작하는 제1 타측부를 포함한다. 이에 의하여, 전원라인으로부터 공통모드 잡음이 유기되는 것을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 공통모드 잡음을 감소시키기 위한 별도의 장치의 이용없이 공통모드 잡음을 크게 감소시킬 수 있어, 보드의 생산 단가를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 보드의 동작을 안정화시킬 수 있다.
전원라인, 잡음, EMI

Description

전원라인을 포함하는 전자장치{ELECTRONIC APPARATUS HAVING POWER LINE}
본 발명은 전원라인을 포함하는 전자장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 EMI(ElectroMagnetic Interference) 방사를 줄이고 주위 잡음(특히 공통모드 잡음)의 영향을 감소시킬 수 있는 것이다.
일반적으로 전자장치의 보드 상에 실장되는 클럭 제너레이터(Clock generator), DC-DC 변환기 등의 여러 부품들은 전원라인과 연결되는 전원 입력단을 갖는다. 각 부품에서는 전원 입력단과 접지 사이의 전원라인을 중심으로 입력 전력 신호와 동일한 위상으로 유기되는 공통모드 잡음(common mode noise)이 방사되어 EMI를 일으킨다. 공통모드 잡음은 전원라인 또는 회로라인과 같은 전선을 따라 전도성 방출(Conducted Emission)되거나 공기 중으로 직접 복사성 방출(Radiated Emission)된다.
따라서, 한 부품에서 방사된 공통모드 잡음은 각 부품의 전원라인 및 부품과 부품을 연결하는 회로라인을 타고 보드 전면에 전파되어, 보드 상에 실장된 부품의 특성을 저하시킨다.
단일 라인으로 구현되는 종래의 전원라인은 공통모드 잡음을 효과적으로 제거하지 못하며, 공통모드 잡음이 정재파(standing wave)가 되도록 경로를 제공하여 EMI에 의한 영향을 증가시킨다.
본 발명은 잡음(특히 공통모드 잡음)을 줄여 EMI 방사를 감소시킬 수 있는 전원라인을 포함하는 전자장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 전원라인을 포함하는 전자장치는, 전원공급부와 접속되는 일측부; 일측부에서 분기되어 적어도 하나의 상호 반대방향의 전류흐름을 유도하도록 동작하는 적어도 하나의 제1 교차 영역을 공유하는 적어도 한 쌍의 전원라인; 및 이격 배치된 적어도 한 쌍의 전원라인을 합류시키도록 동작하는 제1 타측부를 포함한다.
이하 실시예에 따르면, 본 발명의 전원공급부와 접속되는 일측부에서 나뉘어져 서로 꼬인 두 전원라인의 접촉 부분은 공통모드 잡음 필터와 같이 역할하여 전원라인으로부터 공통모드 잡음이 유기되는 것을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 별도의 장치의 이용없이 공통모드 잡음을 감소시킬 수 있어, 보드의 생산 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 보드의 동작을 안정화시킬 수 있다. 아울러, 전원라인을 통해 외부로 방사되는 EMI가 감소되므로, EMI에 의한 각종 부품의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원라인을 보이는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 전원라인(10)은 전원공급부(도시하지 않음)와 접속되는 일측부(11), 상기 일측부(11)에서 나뉘어져(즉 분기되어) 서로 꼬인(twisted) 상태로 전류의 이동경로를 제공하며 상호 교차하는 영역(A)에서 상호 반대방향의 전류흐름을 유도하는 제1 전원라인(12) 및 제2 전원라인(13), 제1 및 제2 전원라인(12, 13)이 합류되는 전원접속부(14)를 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 일측부(11)에서 분기된 전원라인들(12, 13)은 교차 영역(A)에서 만나고, 교차 영역(A)을 벗어나면 서로 멀어진다.
바람직하게 제1 전원라인(12)과 제2 전원라인(13)은 동일한 전기적 특성(저항)을 갖도록 나뉘어진 전원라인들이다. 전원공급부는 DC(direct current) 전원공급부가 될 수 있다. 전원접속부(14)는 전원공급부로부터 전원을 공급받는 다양한 형태의 전자장치의 입력단에 연결되거나 접지될 수 있다.
전원공급부로부터 전원이 인가되면 일측부(11)의 전류 it는 제1 전원라인(12) 및 제2 전원라인(13)에 i1, i2로 나뉘어져 흐른다. 전류의 흐름에 따라 제1 전원라인(12)과 제2 전원라인(13)에 각각 공통모드 잡음 nc1, nc2가 발생한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전원라인에서 나타나는 공통모드 잡음 감소 원리를 설명하기 위한 개략도이다. 설명의 편의상 제1 전원라인(12)과 제2 전원라인(13)이 상호 교차하는 영역(A)에서 제1 전원라인(12)에 흐르는 전류 i1의 방향을 "+" 방향으로 정의한다. 이 경우, 제2 전원라인(13)에 흐르는 전류 i2의 방향은 제1 전원라인(12)과 반대방향인 "-" 방향이 된다. 교차 영역(A)에서 각 전원라인(12, 13)에는 서로 반대방향으로 흐르는 전류 +i1, -i2에 의해 유도 잡음이 나타난다. 즉, 전류 +i1이 흐르는 제1 전원라인(12)에는 제2 전원라인(13)에 흐르는 전류 -i2에 의한 유도 잡음 n21이 나타나고, 전류 -i2가 흐르는 제2 전원라인(13)에는 제1 전원라인(12)에 흐르는 전류 +i1에 의해 유도 잡음 n12가 나타난다.
제2 전원라인(13)에 유도되는 잡음 n12는 제1 전원라인(12)의 공통모드 잡음 nc1과 다음의 수학식 1과 같은 관계를 갖는다.
Figure 112007079983568-pat00001
수학식 1에서 "k"는 각 전원라인(12, 13) 두께 및 상호 간격에 의존하는 상수로서 0 내지 1의 범위를 갖는다.
따라서, 각 교차 영역(A)에서 제2 전원라인(13)은 다음의 수학식 2와 같은 감쇄 잡음 nr2를 갖는다.
Figure 112007079983568-pat00002
전술한 실시예와 같이, 제1 전원라인(12)과 제2 전원라인(13)이 동일한 저항을 가질 때, nc2 = nc1이므로 nr2는 다음의 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112007079983568-pat00003
즉, 각 교차 영역(A)에서 제2 전원라인(13)의 공통모드 잡음은 (1-k)배 줄어든다. 제2 전원라인(13)과 동일하게, 제1 전원라인(12)의 공통모드 잡음도 줄어든다. 결국 각 교차 영역(A)에서 제2 전원라인(13)의 잡음 nr2 및 제1 전원라인(12)의 잡음 nr1이 줄어들게 된다.
도 3a는 종래 전원라인에서 나타나는 EMI 방사패턴을 보이고, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 전원라인에서 나타나는 EMI 방사패턴을 보인다. 종래 전원라인에서 방사되는 최대 EMI의 세기는 약95.3(V/m))이나, 본 발명의 실시예에 따른 전원라인에서 최대 EMI의 세기는 약4.63(V/m)로써 공통모드 잡음으로 인한 EMI 방사가 현저하게 감소될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전원라인은 각 교차 영역(A)에서 서로 반대 방향으로 흐르는 전류에 의해 공통모드 잡음이 실질적으로 감소될 수 있으며, 교차 영역(A)이 많을수록 공통모드 잡음에 의한 영향을 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1 및 도 2에서는, 설명의 편의상 제1 및 제2 전원라인(12, 13)이 간격(d)을 두고 위치하는 것으로 나타내었으나, 두 전원라인의 간격이 좁을수록 두 전원라인(12, 13) 사이의 잡음 제거 효과는 상승되므로 제1 및 제2 전원라인(12, 13)은 최대한 서로 접하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 보드(100) 상의 적어도 하나의 부품(30)과 트위스트된 전원라인(10)의 연결 상태를 보이는 개략도이다. 전원라인(10)은 메인 전원라인(15) 및 적어도 하나의 서브 전원라인(16)을 포함한다. 메인 전원라인(15)은 전원공급부(PS)와 접속되는 일측부(15a), 일측부(15a)로부터 나뉘어져(즉 분기되어) 서로 꼬인(twisted) 상태로 전류의 이동경로를 제공하며 상호 교차하는 부분에서 반대방향의 전류흐름을 유도하는 제1 메인 전원라인(15b) 및 제2 메인 전원라인(15c), 제1 메인 전원라인(15b)과 제2 메인 전원라인(15c)이 합류되는 타측부(15d)를 포함한다. 타측부(15d)는 목적에 따라 두 선 양단을 일정 저항으로 터미네이션(Termination)하거나 개방상태(OPEN)로 남겨둔다.
서브 전원라인(16)은 메인 전원라인(15)과 부품(30)을 연결한다. 서브 전원라인(16)은 제1 메인 전원라인(15b) 및 제2 메인 전원라인(15c) 각각의 적어도 한 분기점(15e, 15f)에서 분기되어 서로 꼬인(twisted) 상태로 전류의 이동경로를 제공하며 상호 교차하는 부분에서 반대방향의 전류흐름을 유도하는 제1 서브 전원라인(16b) 및 제2 서브 전원라인(16c), 제1 서브 전원라인(16b)과 제2 서브 전원라인(16c)이 합류되어 부품(30)에 접속되는 전원접속부(16d)를 포함한다.
도 4는 평면 보드(100)의 각 영역(101, 102, 103)에 실장된 부품(31, 32, 33)이 메인 전원라인(15)과 서브 전원라인(16)을 통해 전원 공급부(PS)와 연결되는 예를 보이나, 평면 보드(100)의 각 영역(101, 102, 103)은 서로 다른 층으로 구현될 수 있다. 즉, 도 5에 보인 바와 같이 각 부품(31, 32)은 다층 보드(101, 102)의 각 층에 실장될 수 있다. 이 때, 메인 전원라인(15)은 보드의 외부에 형성되고, 서브 전원라인(16)은 각 층(101, 102)에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 메인 전원라인(15)은 다층 보드 중의 한 층에 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서로 다른 층 보드(104, 105) 상의 실장된 부품(34, 35)과 트위스트된 전원라인(20)의 연결 상태를 보이는 개략도이다. 전원라인(20)은 전원공급부와 접속되는 일측부(21), 일측부(21)에서 나뉘어져(즉 분기되어) 각기 다른 층의 보드(104, 105) 상에 구현되며, 상하로 인접하는 두 층 보드(104, 105)에서 전류의 이동경로를 제공하되, 상호 교차하는 부분에서 반대방향의 전류흐름을 유도하는 제3 전원라인(22) 및 제4 전원라인(23)을 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이 제3 전원라인(22)은 제1 보드(104)에 실장하고 제4 전원라인(23)은 제2 보드(105)에 실장하여, 제3 전원라인(22)과 제4 전원라인(23)이 한 쌍의 서브 전원라인을 형성한다. 제3 전원라인(22)과 제4 전원라인(23)에 형성되는 공통모드 잡음은 서로에 대해 감쇄 잡음으로 작용하여, 각 보드(104, 105)의 잡음이 감소될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
도 1은 일실시예에 따른 전원라인을 보이는 개략도.
도 2는 도 1의 전원라인의 잡음 제거 원리를 보이는 도면.
도 3a는 종래의 전원라인의 EMI 방사패턴을 보인 도면.
도 3b는 일실시예에 따른 전원라인의 EMI 방사패턴을 보인 도면.
도 4는 일실시예에 따라 트위스트된 전원라인과 보드상의 적어도 하나의 부품의 연결 상태를 보이는 개략도.
도 5는 다른 실시예에 따라 트위스트된 전원라인과 다층의 보드상의 부품의 연결 상태를 보이는 개략도.
도 6은 또다른 실시예에 따라 전원라인과 다층의 보드상에 부품의 연결 상태를 보이는 개략도이다.

Claims (11)

  1. 전원라인을 포함하는 전자장치로서,
    전원공급부와 접속되는 일측부;
    상기 일측부에서 분기되어 적어도 하나의 상호 반대방향의 전류흐름을 유도하도록 동작하는 적어도 하나의 제1 교차 영역을 공유하는 적어도 한 쌍의 전원라인; 및
    이격 배치된 상기 적어도 한 쌍의 전원라인을 합류시키도록 동작하는 제1 타측부를 포함하는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 한 쌍의 전원라인이 일 전원라인에서 타 전원라인에 의해 유도되는 잡음을 이용하여 공통모드 잡음을 감쇄시키는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 일 전원라인은, 상기 제1 교차 영역에서 각각 상기 공통모드 잡음을 1-k(여기서 k는 커플링 계수로서, 일 전원라인과 타 전원라인 상호 간격에 의존하는 상수이며 0 내지 1의 범위를 가짐)배만큼 감쇄시키는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 커플링 계수는, 상기 제1 교차 영역에서 상기 일 전원라인과 상기 타 전원라인 간의 거리가 가까울수록 커지는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 타 전원라인에서 감쇄된 잡음은, 상기 제1 교차 영역에서 각각 상기 일 전원라인에서 감쇄된 잡음과 동일한 크기인, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 일 전원라인과 상기 타 전원라인의 거리가 작을수록 상기 제1 교차 영역에서 상기 공통모드 잡음의 감쇄 효과가 커지는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 타측부를 저항으로 터미네이션하거나 개방상태로 두는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 한 쌍의 전류라인에서 분기되어 상호 반대방향의 전류흐름을 유도하는 적어도 하나의 제2 교차 영역을 공유하는 적어도 한 쌍의 서브 전류라인; 및
    이격 배치된 상기 적어도 한 쌍의 서브 전류라인을 합류시켜 부품에 접속시키는 제2 타측부를 더 포함하는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부품을 보드별로 실장하고, 상기 적어도 한 쌍의 전류라인을 보드의 외부에 형성하고, 보드별로 상기 적어도 한 쌍의 서브 전류라인을 형성하는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 한 쌍의 전류라인을 다층 보드 중의 한 층에 형성하는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 부품을 보드별로 실장하고, 상기 적어도 한 쌍의 전류라인에서 분기되어 상기 제2 교차 영역에서 상호 반대방향의 전류흐름을 유도하는 상기 적어도 한 쌍의 서브 전류라인 중 하나를 일 보드에 형성하고 다른 하나를 타 보드에 형성하며, 상기 제2 타측부가 일 서브 전류라인을 상기 일 보드의 부품에 연결하고 타 서브 전류라인을 상기 타 보드의 부품에 연결하는, 전원라인을 포함하는 전자장치.
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