KR20030097844A - 전자 방사를 감소시키는 방법 및 장치 - Google Patents

전자 방사를 감소시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

전기 통신중인 디바이스 사이의 전자 방사(EMR)를 감소시키는 방법으로서, EMR을 감소시키는 방식으로 제 1 디바이스내의 신호를 처리하는(220) 단계, 및 상기 신호를 후속되는 디바이스로 전파하기에 앞서 상기 처리된 신호를 전자기적으로 분리하는(230) 단계를 포함한다.

Description

전자 방사를 감소시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING ELECTROMAGNETIC RADIATION}
전자 방사(EMR: electromagnetic radiation)는 작동중인 모든 전기 및/또는 전자 디바이스에서 방출된다. EMR 방출 전력은 상기 디바이스의 크기와 전기 강도 및 상기 디바이스가 전파하거나 이용하는 전류에 따라 달라진다. 또한, 전자 디바이스로, 그리고 전자 디바이스로부터의 입력 및 출력 케이블상의 원치않는 전류로 인해 케이블 자체가 원치않는 EMR의 소스가 될 수도 있다. EMR은 EMR의 소스 부근에 위치된 전자 디바이스의 구성요소와의 간섭을 일으켜, 전자기 방해(EMI: electromagnetic interference)를 일으킬 수 있기 때문에 문제가 된다. EMR 소스 부근의 전자 구성요소 또는 제품 및 디바이스는 특정한 레벨의 EMI를 당하는 경우에 고장을 일으킬 수 있다는 점이 알려져 있다. 전자 디바이스에 의해 생성되고 수신된 EMI는 상기 디바이스가 적절하게 기능하도록 유지시키고, 또한 상기 디바이스가 적용가능한 정부 규제에 따르도록 하기 위해 감쇠되어야 한다. 미국에서, FCC(Federal Communications Commission)는 전자 설비에서 방출되는 방사량을 제한하고, 컴플라이언스(compliance)를 보장하기 위해 제조된 제품을 테스트하는 절차를 제공하는 규제를 공표했다. 캐나다, 유럽 및 다른 세계 국가에서 유사한 행정부가 동일한 기능을 수행하고 있다.
전자 디바이스를 포함하는 제품으로부터의 원치않는 EMR을 억제하거나 감소시키는데 사용되는 한가지 알려진 솔루션은, 실드 케이블(shielded cable)을 이용하는 것이다. 실드 케이블은 언실드(unshielded) 케이블과 비교해 가격이 높다는 것이 단점이다. 실드 케이블은 또한 더 큰 형상 계수(form factor)을 포함하므로, 제품 인클로저(enclosure)내에서 훨씬 더 많은 공간을 차지한다. 또한, 실드 케이블이 언실드 케이블만큼 플렉시블하지 않고 언실드 케이블을 사용하면 제조가 용이하기 때문에, 실드 케이블을 구부리거나 움직임에 따라서 실드 케이블의 보전성(integrity)이 더 쉽게 저하된다.
전자 디바이스를 포함하는 제품으로부터의 원치않는 EMR을 억제하거나 감소시키는 다른 솔루션은, 금속 외관 인클로저내에 상기 장비를 배치하는 것이다. 전도성 외관 인클로저는 전자기파의 전계 구성요소가 전도체 표면에서 거의 0이 되도록 강제함으로써 방사된 전력을 감소시키는 패러데이 실드(Faraday shield)를 형성한다. 신호를 출력하기 위한 인클로저내의 필요한 개구를 통한 방출은 인클로저의 효율을 저하시키는 단점이 있다. 추가로, 결과적인 패키지는 부피가 크고 비교적 가격이 높다.
본 발명은 프린트 회로 기판(PCB: printed circuit boards) 분야에 관한 것으로, 더 상세하게는 전자 방사의 억제에 관한 것이다.
도 1은 텔레비전 시스템(100)내의 디지털 회로의 일 실시예의 고 레벨 블럭도.
도 2는 도 1의 시스템에서 사용하기에 적절한 프린트 회로 기판 필터의 일실시예의 평면도.
도 3은 도 2의 프린트 회로 기판 필터에서 사용하기에 적절한 실드 벽의 일 실시예의 정면도.
본 발명은 전기 및/또는 전자 디바이스에서의 전자 방사(EMR)를 감소시키기위한 방법 및 장치를 포함한다.
전기 통신중인 디바이스 사이에서의 EMR을 감소시키기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 EMR을 감소시키는 방식으로 제 1 디바이스내에서 신호를 처리하는 단계, 및 처리된 신호를 후속 디바이스로 전파하기전에 상기 신호를 전자기적으로 분리시키는 단계를 포함한다. 이러한 처리 방법은 상기 신호를 트위스트 페어(twisted pair)를 통해 전파함으로써 실현될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 전기 회로로부터의 신호내의 EMR을 감소시키고 입력부 및 출력부를 구비하는 프린트 회로 기판(PCB)은 상기 신호를 PCB에 연결하기 위해 PCB의 입력부에 장착된 적어도 하나의 입력 커넥터, EMR을 감소시키는 방식으로 연결된 신호를 처리하기 위해 PCB의 입력부에 장착된 적어도 하나의 처리 소자, PCB의 출력부로부터 PCB의 입력부를 전자기적으로 분리시키기 위해 적어도 하나의 처리 소자의 출력에서 PCB에 장착되고, 상기 신호를 출력부로 전파하기 위한 최소화된 애퍼처를 구비하는 실드 벽(shield wall), 및 처리된 신호를 출력하기 위해 PCB의 출력부에 장착된 적어도 하나의 출력 커넥터를 포함한다.
본 발명의 기술은 첨부 도면과 관련하여 후술되는 상세한 설명을 고려함으로써 용이하게 이해될 수 있다.
이해를 돕기 위해, 도면에서 공통적인 동일한 요소를 나타내기 위해 가능한 경우에 동일한 참조 번호를 사용했다.
본 발명은 텔레비전 회로 및 관련된 디바이스와 같은 회로 환경내에서 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 전자 방사가 감소되기를 바라는 임의의 회로에서 유리하게 사용될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 본 발명자는 본 발명이 본 명세서에 기재된 텔레비전 회로보다 뛰어난 폭넓은 적용성을 갖는다고 생각한다. 본 발명은 다양한 전기 및/또는 전자 디바이스들 사이의 전자 방사 또는 전기 또는 전자 시스템 회로 사이의 전기 방사 등을 감소시키는 수단을 제공하는데 사용될 수 있다.
도 1은 시스템(100)내의 디지털 회로의 일 실시예의 고 레벨 블럭도를 나타낸다. 도 1의 시스템(100)의 디지털 회로는 상기 시스템의 복수의 출력 디바이스의 입력으로 사용될 신호를 처리하는 디지털 처리 회로(110), 디지털 처리 회로(110)에 의해 처리된 신호내의 전자 방사(EMR)를 감소시키는 프린트 회로 기판(PCB) 필터(120), 및 디지털 처리 회로(110)에 의해 처리되고 PCB 필터(120)에 의해 필터링된 신호를 수신하기 위한, 디스플레이 디바이스, 오디오 디바이스, 또는 다른 출력 형태와 같은 복수의 출력 디바이스(1301-130n)(집합적으로 130)를 포함한다. 도 1의 시스템(100)의 PCB 필터(120)가 디지털 처리 회로(110) 뒤에 위치된 독립적인 PCB로서 도시되었지만, PCB 필터(120)는 다양한 포맷으로 유리하게 구성될 수 있다. 예를 들어, PCB 필터 회로는 디지털 처리 회로의 회로 기판, 또는 출력 디바이스 자체의 회로 기판상에 통합될 수 있다. 추가로, 단 하나의 디지털 처리 회로(110) 및 하나의 PCB 필터(120)가 도 1에 도시되어 있지만, 시스템(100)은 다수의 디지털 처리 회로 및 다수의 PCB 필터를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 시스템에서 사용하기에 적당한 PCB 필터의 일 실시예의 평면도를 도시한다. PCB 필터(120)는 PCB 필터(120)에 장착된 실드 벽(230)에 의해 입력부와 출력부로 나누어진다. 도 2의 PCB 필터(120)의 입력부는 예시적으로 8개의 입력 커넥터(2101-2108) 및 8개의 RF 억제 네트워크(예시적으로 조정가능한 필터의 네트워크)(2201-2208)를 포함한다. 디지털 처리 회로(110)로부터의 신호내의 EMR 레벨을 감소시키기 위해 시스템(100)의 PCB 필터(120)의 입력부에 조정가능한 필터가 도시되어 있지만, 트위스트 페어의 사용 및 당업자에게 알려진 다른 RF 억제 방법을 포함한, 본 발명에 따른 PCB 필터(120)의 입력부내의 EMR을 감소시키기 위해 다른 RF 억제 소스가 이용될 수 있다.
PCB 필터(120)의 출력부는 8개의 출력 커넥터(2401-2408)를 포함한다. 다시, PCB 필터(120)가 도 1의 텔레비전 시스템(100)의 환경내에서 설명되어 있지만, 전자 방사가 감소되기를 원하는 임의의 회로에서 본 발명이 유리하게 사용될 수 있다는 것을 당업자가 이해할 것이다. 입력 커넥터, 필터 네트워크 및 출력 커넥터의 수는 PCB 필터가 구현되는 회로에 따라 달라질 것이다.
도 2의 PCB 필터(120)의 입력부내의 8개의 입력 커넥터(2101-2108)는 언실드 케이블에 의해 디지털 처리 회로(110)로부터의 I/O 리드 및 전력선에 연결된다. 8개의 입력 커넥터(2101-2108)는 각각 디지털 처리 회로(110)로부터의 I/O 리드 또는 전력선의 각각의 커넥터에 기계적으로 연결되어, PCB 필터(120)의 대응하는 입력 커넥터에 연결되도록 설계된다. 각각의 8개의 입력 커넥터(2101-2108)는 신호를 출력 디바이스에 연결하기 위해 PCB 필터의 출력부내에 대응하는 출력 커넥터를 구비한다.
도 2의 PCB 필터(120)의 입력부의 8개의 필터 네트워크(2201-2208)는 (각각의 입력을 위해 구현되는 특정 필터 네트워크인) PCB 필터(120)의 8개의 입력 커넥터(2101-2108)에 대응한다. 각각의 필터 네트워크는, 8개의 입력 커넥터(2101-2108) 각각에 의해 PCB 필터(120)에 입력된, 디지털 처리 회로(110)로부터의 신호 유형을 필터링하기 위해 필터가 특별히 선택되도록 구성된다. 예를 들어 도 1의 시스템(100)에서, 입력 커넥터(2101)는 디지털 처리 회로(110)로부터 비디오 신호를 수신한다. 비디오 신호의 주파수 범위는 0㎒(DC) 내지 5㎒이다. 이때 5㎒ 이상의 컷오프를 갖는 저역 통과 필터가 필터 네트워크(2201)에서 사용되어, 입력 커넥터(2101)에 연결된 디지털 처리 회로(110)로부터의 비디오 신호내의 EMR을 감소시킨다. 8개의 필터 네트워크(2201-2208)가 사용된 필터 유형에 대해서 변화될 수 있지만, 필터 네트워크의 유용성은 동일하다. 제 1 차동 모드 필터는 상기 신호와 인입되는 케이블로부터의 각각의 라인 쌍의 복귀(return) 사이에 배치된다. 이러한 필터는 필요한 임의의 갯수의 폴(pole)의 저역 통과, 고역 통과, 또는 대역 통과 필터가 되도록 조정될 수 있다. 이러한 필터는 원치않는 차동 모드 전류를 PCB 필터(120)의 접지로 전파함으로써 상기 전류를 제거한다. 제 2 필터링 스테이지는 공통 모드 전류를 감소시키는데 사용된다. 일반적으로, 공통 모드 변압기는 공통 모드 전류를 감소시키는데 사용되지만, 공통 모드 전류는 또한 본 실시예에서와 같이 분리된 구성요소를 이용하는 공통 모드 필터를 형성함으로써 감소될 수 있다. 차동 및 공통 모드 전류의 감소는 시스템(100)내 EMR의 감소를 초래한다. PCB 필터(120)의 대안적인 실시예에서, 차동 모드 필터 또는 공통 모드 필터 중 어느 한쪽은 만일 상기 시스템의 회로가 적용가능한 정부 규제에 따르게 하는데 필요하지 않다면 제거될 수 있다.
실드 벽(230)은 PCB 필터(120)의 입력부를 출력부로부터 전자기적으로 분리하도록 배치된다. 실드 벽(230)은 PCB 필터(120)의 입력부의 필터 네트워크의 출력부에 직접적으로 납땜된다. 상기 신호가 EMR에 대한 처리된 신호의 민감성을 감소시키는 방식으로 PCB 필터(120)의 출력부로부터 전자기적으로 실드되도록 RF 억제 네트워크, 이 경우 필터 네트워크의 출력에 가능한 한 가깝게 실드 벽(230)이 있는 것이 중요하다. 추가로, PCB 필터의 입력부로부터 출력부로 전파된 RF 신호를 제한하는 방식으로 PCB 필터(120)의 입력부로부터의 신호를 출력부에 연결할 필요가 있다. 이것을 실현하기 위해, PCB 필터(120)의 입력부로부터의 신호(예를 들어, 전력, 필터 네트워크 출력 등)는 실드 벽(230)내의 작은 애퍼처을 통해 PCB 필터(120)의 출력부에 연결된다. 실드 벽(230)의 표면의 구멍 또는 슬롯에 의해 실드가 덜 효과적으로 되기 때문에, 실드 벽(230)내 애퍼처는 최소화된다. 실드 벽(230)내의 애퍼처는 필터 네트워크로부터의 추적이 출력부를 통과해 PCB 필터(120)의 출력 커넥터에 연결되기에 충분히 크도록 이루어진다. 또한, 실드 벽(230)은 시스템에서 필요한 EMR 감소량에 따라서 전도성을 변화시키는 물질로 구성되는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어 구리 실드는 강철이나 알루미늄 실드보다 더 효과적인 전자기 분리 수단으로 구현될 수도 있다.
도 2의 PCB 필터(120)의 출력부의 8개 출력 커넥터(2401-2408)는 각각이 입력 커넥터(2101-2108) 중 특정한 하나에 차례로 대응하는 입력부의 8개의 필터 네트워크(2201-2208) 중 하나의 대응하는 출력에 연결된다. 예를 들어, 전술한 예시에서 입력 커넥터(2101)에 연결된 디지털 처리 회로(110)로부터의 처리된 비디오 신호는 비디오 출력 디바이스에 기계적으로 연결되도록 설계되는 출력 커넥터(2401)상으로 출력된다. 8개 출력 커넥터(2401-2408)는 각각 출력 디바이스의 커넥터에 기계적으로 연결되어 PCB 필터(120)의 대응하는 출력 커넥터에 연결되도록 개별적으로 설계된다. 일부 출력 디바이스는 디지털 처리 회로(110)에 의해 처리된 신호를 위한 모니터, 튜너, 및 다른 출력 디바이스를 포함한다. 본 발명에 따른 PCB 필터(120)의 사용은 유리하게 전자 시스템의 다양한 구성요소를 상호 연결하기 위해 언실드 케이블의 이용을 허용하여, 시스템의 비용 및 전체 크기를 감소시킨다.
도 3은 도 2의 프린트 회로 기판 필터에서 사용하기에 적당한 실드 벽에 대한 일 실시예의 정면도를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 필드 벽(230)은 공통 모드 필터의 출력의 직접적인 한 지점에서 PCB 필터(120)에 납땜된다. 실드 벽(230)은 상기 기판으로부터 위로 연장되고, PCB 필터(120)의 길이와 실질적으로 동일한 공간에 있게 된다. PCB 필터(120)의 입력부로부터의 신호를 PCB 필터(120)의 출력부로 연결하기 위한 전술한 최소화된 애퍼처(3401-3408)(집합적으로 340)가 도 3에 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, PCB 필터(120)는 실드 벽(230)에 제공된 부착 홀(3301,3302,3303,3304)(집합적으로 330)을 통해 실드된 제품 인클로저(310)에 부착된 스탠드오프(standoff)(3201,3202,3203,3204)(집합적으로 320)에 실드 벽(230)을 부착함으로써 도 1의 시스템(100)의 실드된 제품 인클로저(310)에 부착된다. 바람직하게, 시스템(100)의 실드된 제품 인클로저(310)는 전도성 외관 인클로저이어야 한다. 전도성 외관 인클로저는 전자기파의 전계 구성요소가 전도체의 표면에서 거의 0이 되도록 강제함으로써 방사되는 전력을 감소시키는 패러데이 실드를 형성하여, 전자기파 전파를 막는다. 제품 인클로저에 PCB 필터를 고정시키는데 필요한 부착 구멍(330)의 갯수 및 그에 따른 스탠드오프(320)의 갯수는 시스템내에 구현되는PCB 필터의 크기에 따라 달라진다. PCB 필터의 크기는 PCB 필터에 대한 입력의 수 및 그에 따른, PCB 필터상에 필요한 입력 및 출력 커넥터의 수에 따라 달라진다. 손상을 초래할 수 있는, PCB 필터의 구부러짐을 방지하기 위해 PCB 필터를 위한 적절한 지지대(support)가 있어야 한다. 또한, PCB 필터를 제품 인클로저에 장착할 때, 전자기파 전파를 최소화하기 위해 PCB 필터, 스탠드오프, 및 제품 인클로저 사이에 전기적 전도성이 존재해야 한다. 장착된 PCB 필터(120)는 전기 및/또는 전자 회로로 신호를 입력하거나 또는 상기 회로로부터 신호를 출력하는 수단을 제공하는 동시에, EMR을 감소시키기 위한 제품 인클로저의 보전성을 유지한다. PCB 필터(120)를 구현함으로써, 전자 회로로, 그리고 전자 회로로부터 데이터를 전파하는데 언실드 케이블이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 PCB 필터는 전술한 동일한 방식으로 전기 및/또는 전자 회로로 전송된 신호의 EMR을 감소시키기 위해 사용된다. 추가로, 본 발명에 따른 다른 PCB 필터는 동일한 전자 회로로부터 출력된 신호의 EMR을 감소시키기 위해 사용된다. 이러한 방식으로, 다양한 전자 구성요소에 대한 모든 신호 및 다양한 전자 구성요소로부터의 모든 신호의 EMR이 본 발명에 따른 PCB 필터에 의해 감소되는 전자 디바이스 또는 시스템이 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다양한 전기 및/또는 전자 구성요소로의 모든 신호의 EMR 및 전자 디바이스 또는 시스템의 다양한 전자 구성요소로부터의 모든 신호의 EMR은 다양한 구성요소로부터의 모든 신호를 수용하기 위해 복수의 입력 커넥터 및 복수의 출력 커넥터를 포함하는 단일 PCB 필터에 의해 감소된다.
전술한 설명이 본 발명의 일부 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예 및 추가 실시예가 본 발명의 기본 범주에서 벗어나지 않고서 고안될 수도 있다. 이와 같이, 본 발명의 적절한 범주는 후술되는 청구의 범위에 따라 결정된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 프린트 회로 기판, 더 상세하게는 전자 방사의 억제를 위해 이용가능하다.

Claims (14)

  1. 전기 통신중인 디바이스 사이의 전자 방사(EMR: electromagnetic radiation)를 감소시키는 방법으로서,
    EMR을 감소시키는 방식으로 제 1 디바이스내의 신호를 처리하는(220) 단계; 및
    상기 처리된 신호를 후속 디바이스로 전파하기전에 상기 신호를 전자기적으로 분리시키는(230) 단계를 포함하는, 전자 방사의 감소 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 처리(220) 단계는 트위스트 페어를 통해 상기 신호를 전파하는 단계를 포함하는, 전자 방사의 감소 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 처리(220) 단계는 상기 신호내의 차동 모드 전류를 감소시키는 단계를 포함하는, 전자 방사의 감소 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 처리(220) 단계는 상기 신호내의 공통 모드 전류를 감소시키는 단계를 포함하는, 전자 방사의 감소 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 처리(220) 단계는 상기 신호내의 차동 모드 전류 및 공통 모드 전류를 감소시키는 단계를 포함하는, 전자 방사의 감소 방법.
  6. 입력부 및 출력부를 구비하고, 전기 회로로부터의 신호내의 전자 방사(EMR)를 감소시키는 프린트 회로 기판(PCB) 필터(120)로서,
    상기 신호를 상기 PCB 필터(120)에 연결하기 위해 상기 PCB 필터(120)의 상기 입력부에 장착된 적어도 하나의 입력 커넥터(210);
    EMR을 감소시키는 방식으로 상기 연결된 신호를 처리하기 위해 상기 PCB 필터(120)의 상기 입력부에 장착된 적어도 하나의 처리 요소(220);
    상기 PCB 필터(120)의 상기 입력부를 상기 PCB 필터(120)의 상기 출력부로부터 전자기적으로 분리하기 위해 상기 적어도 하나의 처리 요소(220)의 출력에서 상기 PCB 필터(120)에 장착되고, 상기 신호를 상기 출력부로 전파하기 위해 최소화된 애퍼처(340)를 구비하는 실드 벽(230); 및
    상기 처리된 신호를 출력하기 위해 상기 PCB 필터(120)의 상기 출력부에 장착된 적어도 하나의 출력 커넥터(240)를 포함하는, 프린트 회로 기판 필터.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 실드 벽(230)은 구리로 이루어지는, 프린트 회로 기판 필터.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 실드 벽(230)은 금속으로 이루어지는, 프린트 회로 기판 필터.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 실드 벽(230)은 알루미늄으로 이루어져 있는, 프린트 회로 기판 필터.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 PCB 필터(120)는 전기 회로에 통합되는, 프린트 회로 기판 필터.
  11. 제 6항에 있어서, 상기 PCB 필터(120)는 부착 홀(330)을 통해 상기 실드 벽(230)에 의해 상기 전기 또는 전자 회로의 제품 인클로저 하우징(310)에 장착되어, 제품 인클로저(310), 상기 PCB 필터(120), 및 상기 실드 벽(230) 사이에 전기 통신이 설정되는, 프린트 회로 기판 필터.
  12. 제 6항에 있어서, 상기 실드 벽(230)은 실질적으로 평면이고, 상기 신호는 상기 실드 벽 평면에 실질적으로 수직인 경로내의 상기 애퍼처(340)를 통과하는, 프린트 회로 기판 필터.
  13. 제 6항에 있어서, 상기 실드 벽(230)은 너비 파라미터보다 더 큰 높이 파라미터를 구비하는, 프린트 회로 기판 필터.
  14. 입력부 및 출력부를 구비하고, 전기 회로로부터의 신호내의 전자 방사(EMR)를 감소시키기 위한 프린트 회로 기판(PCB) 필터(120)로서,
    EMR을 감소시키는 방식으로 제 1 디바이스내의 신호를 처리하는 수단(220); 및
    상기 처리된 신호를 후속되는 디바이스로 전파하기에 앞서 상기 처리된 신호를 전자기적으로 분리하는 수단(230)을 포함하는, 프린트 회로 기판 필터.
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