KR20060029884A

KR20060029884A - 전자파 장해 감소 방법 및 이에 적합한 회로 연결 장치

Info

Publication number: KR20060029884A
Application number: KR1020040078741A
Authority: KR
Inventors: 박건영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-04-07
Also published as: CN1770971A; US20060087823A1; CN1770971B; KR100601704B1; US7539025B2

Abstract

본 발명은 전자 장치의 신호 전송에 관한 것으로서 특히, 신호를 전달하기 위한 하네스에서 방사되는 전자파에 의한 영향을 감소시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법은 하네스를 통하여 전송되는 신호에서 발사되는 고조파에 의한 전자파 장해를 감소시키는 방법에 있어서, 상기 하네스를 도전성 와이어로 적어도 1회 이상 나선형으로 감는 과정; 및 상기 도전성 와이어의 적어도 일측을 접지시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법은 값싸고 간단한 접지선을 이용하여 별다른 부작용 없이 하네스에서 발생되는 전자파 장해를 감소시키는 효과를 가진다.

Description

전자파 장해 감소 방법 및 이에 적합한 회로 연결 장치{Method for reducing EMI and circuit connecting apparatus therefor}

도 1은 종래의 프린터 시스템에 있어서 회로 계통의 대략적인 구성을 보이는 것이다.

도 2는 페라이트 코어의 사용예를 보이는 것이다.

도 3은 LVDS를 적용한 예를 보이는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법을 적용한 일 실시예를 보이는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법을 적용한 다른 실시예를 보이는 것이다.

도 6은 리턴 패스의 개념을 도식적으로 보이는 것이다.

도 7a 및 도 7b는 각각 저주파 신호 및 고주파 신호의 리턴 패스를 도식적으로 보이는 것이다.

도 8a 및 도 8b는 리턴 패스의 면적에 의한 영향을 도식적으로 보이는 것이다.

도 9는 본 발명에 따른 전자파 감소 방법의 효과를 보이기 위한 파형도이다.

잘 알려진 바와 같이 전송 경로를 따라 흐르는 고주파 신호는 방사상으로 방출되는 전자기 필드를 생성한다. 이 전자기 필드의 세기는 신호에 의해 운반되는 에너지의 세기에 비례한다.

전자 제품에 있어서, 회로 부품들 사이를 전기적으로 접속하기 위하여 다수의 신호선들이 두 개의 콘넥터 사이에 접속된 하네스(harness)라는 부품이 사용되고 있으며, 이 하네스를 통하여 전송되는 신호의 고조파 성분이 방사되어 전자파 장해(electromagnetic interference; EMI)라는 문제를 야기시킨다. 하네스를 통한 전자파 장해는 전송되는 신호의 주파수가 높을수록 또한 하네스의 길이가 길수록 커진다.

도 1은 종래의 프린터 시스템에 있어서 회로 계통의 대략적인 구성을 보이는 것이다. 도 1을 참조하면, 프린터 시스템의 회로 계통은 전원부(102), 레이저 스캔부(104), CCD부(106), ADF부(Auto Document Feeder, 108), 조작부(110) 등으로 구성된다.

또한, 전원부(102)의 메인 컨트롤러(102a)는 각종의 하네스들에 의해 레이 저 스캔부(104), CCD부(106), ADF부(원고 자동 반송 장치, 108), 조작부(110)들과 연결된다. 참조부호들 122, 124, 126, 그리고 128은 메인 컨트롤러(102a)와 레이저 스캔부(104), CCD부(106), ADF부(108) 그리고 조작부(110)들을 연결하는 하네스들을 각각 나타낸다.

이들 하네스들을 통하여 수MHz ~ 수십MHz의 신호들이 전송된다. 신호들이 전송되는 데 있어서, 하네스들은 고조파 방사의 주요한 소오스가 된다. 하네스를 통하여 방사된 고조파 성분은 주위의 전자 장치들에 악영향을 미치며, 또한 프린터의 오작동을 유발하기도 한다. 따라서, 하네스를 통하여 방사되는 고조파 성분을 감소시키기 위한 방법이 요구된다.

하네스에서의 고조파 방사를 감소시키기 위한 종래의 방법들은 페라이트 코어(ferrite core)를 사용하는 것, LVDS(low voltage differential signaling)를 사용하는 것, 하네스 전체를 쉴딩하는 것 등이 있다.

페라이트는 와이어 및 케이블 상의 전자파 방사를 흡수하기 위해 사용되는 자기 물질이며 원통형, 블록형, 코어형 등이 사용된다. 전자파를 발생시키는 신호선을 페라이트 코어를 끼우거나 감아서 사용한다. 도 2는 페라이트 코어(202)의 사용예를 보이는 것이다.

그렇지만, 페라이트 코어를 사용하면, 페라이트 코어의 가격만큼 제품의 코스트가 상승하고, 페라이트 코어에 하네스를 감는 횟수만큼 하네스의 길이가 길어져야 하며, 페라이트 코어는 크기 및 재질 등에 따라 걸러줄 수 있는 고조파 영 역이 다르지만 하네스의 길이가 달라짐에 따라 다른 주파수 영역에서 문제가 발생할 수 있다는 등의 단점이 있다.

LVDS는 전송할 신호를 저전압&차동 신호로 변환하여 전송하는 것으로서 최근에 전자파 장해를 방지하기 위한 수단으로서 프린터, 노트북 컴퓨터, LCD(Liquid Crystal Display) 등에서 널리 사용되고 있다.

도 3은 LVDS를 적용한 예를 보이는 것이다. LVDS를 사용하여 신호를 전송하기 위해서는 전송측에는 LVDS 트랜스미터(302)를, 그리고 수신측에서는 LVDS 리시버(304)를 각각 구비하여야 한다.

LVDS를 사용한 신호 전송 방식은 전자파를 감소시키는 효과가 매우 뛰어나지만, 구현하기 위한 비용 부담이 많고, 주요한 신호선만을 대상으로 하기 때문에 다른 신호선으로 유기되어 방사되는 고조파에 대해서는 대처하기 어렵다는 단점이 있다.

하네스 전체를 쉴딩하는 것은 접지 전위(ground)와 연결된 금속 도체면으로 하네스 전체를 쉴드시킴으로서 EMI 노이즈를 감쇄시켜 주는 것이지만, 금속 도체면들 사이의 혹은 금속 도체면과 신호선들 사이의 기생 커패시턴스에 의한 신호 왜곡의 문제와 함께 역시 가격 상승의 단점이 있다.

본 발명은 하네스에서 발생되는 전자파 장해를 효과적으로 감소시키는 전자파 장해 감소 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 방법에 적합한 회로 연결 장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법은

하네스를 통하여 전송되는 신호에서 발사되는 고조파에 의한 전자파 장해를 감소시키는 방법에 있어서,

상기 하네스를 도전성 와이어로 적어도 1회 이상 나선형으로 감는 과정; 및

상기 도전성 와이어의 적어도 일측을 접지시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 감는 과정에서 도전성 와이어가 감기는 간격 L은 상기 하네스를 통하여 방사되는 고조파 주파수 중에서 가장 높은 주파수를 Fmax라 할 때,

L ≤ 1/(20 * Fmax) = λmin * 1/20를 만족하는 것이 바람직하다.

여기서, λmin은 Fmax에 상응하는 파장이다.

상기의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 회로 연결 장치는

이격된 전기 회로들 사이에서 신호를 전송하기 위한 회로 연결 장치에 있어서,

다수의 신호선; 및

상기 다수의 신호선을 적어도 1회 이상 나선형으로 감는 접지선을 포함하며,

여기서, 상기 접지선의 양쪽 종단들 중에서 적어도 한쪽은 접지 전위에 연결 되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법을 적용한 일 실시예를 보이는 것이다. 도 4를 참조하면, 두 개의 회로 보드들(402, 404) 사이에서 신호를 전송하기 위한 하네스(406)와 하네스(406)를 적어도 1회 이상 감으며 접지 전위에 연결되는 접지선(408)이 도시된다. 접지선(408)은 회로 보드들(402, 404)을 탑재하는 금속 프레임을 통하여 접지된다.

접지선(408)이 감기는 횟수는 적어도 1회 이상이며, 감기는 간격 L은

하네스를 통하여 방사되는 고조파 주파수 중에서 가장 높은 주파수 즉, EMI문제를 야기하는 주파수를 Fmax라 할 때,

L ≤ 1/(20 * Fmax) = λmin * 1/20를 만족하는 것이 바람직하다.

여기서, 접지선(408)은 바람직하게는 도전성 와이어이며, 피복선이어도 좋다.

도시되지는 않았지만, 접지선(408)이 하네스(406)를 감고 있는 상태에서 적절한 간격 L을 유지하고 외력에 의해 간격 L이 흐트러지지 않도록 접지선(408)을 하네스(406)에 접착시키거나 클립(clip)등에 의해 고정시키는 등의 방법이 강구될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법을 적용한 다른 실시예를 보이는 것이다. 도 5를 참조하면, 하네스(506)에서 양쪽 회로 보드(402, 404)의 접지 전위를 연결하기 위한 신호선(506a)을 하네스(506)를 나선형으로 감도록 설치한다. 즉, 신호선(506a)은 하네스(506)에 포함되는 신호선들 중의 하나이며, 접지 전위를 연결하기 위한 선이다. 여기서, 접지 전위는 아날로그 신호의 접지를 위한 아날로그 접지 전위보다는 디지털 신호의 접지를 위한 디지털 접지 전위인 것이 보다 바람직하다.

도 5에 도시된 접지선(408) 및 도 5에 도시된 접지선(506a)에 의해 얻어지는 효과는 다음과 같다.

guard ground 역할로 인한 리턴 패스(return path) 단축

주지하는 바와 같이 신호 전송시 리턴 패스의 확보 여부는 EMI 방사에 큰 영향을 끼친다.

도 6은 리턴 패스의 개념을 도식적으로 보이는 것이다.

모든 전자 회로가 동작하기 위해서는 폐루프(closed loop)를 형성하고 있어야 한다. 이 폐루프를 통하여 소스(source)에서 나온 신호가 로드(load)에서 사용되어 진 후 다시 소스로 회귀하게 된다. 이때 회귀하는 신호의 경로를 리턴 패스(return path)라고 한다.

도 7a 및 도 7b는 각각 저주파 신호 및 고주파 신호의 리턴 패스를 도식적으로 보이는 것이다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 저주파 신호는 임피던스(impedance)가 가장 낮은 경로를 따라 회귀하는 성질이 있는 반면에 고주파 신호는 인덕턴스(inductance)가 가장 낮은 경로를 따라 회귀하는 상질이 있다.

도 7a를 참조하면, 저주파 신호는 로드로부터 소스로 회귀할 때, 신호 전송 경로에 상관없이, 임피던스가 최소가 되는 경로 즉, 도 7a에서 점선으로 도시되는 바와 같은 원호 형상의 경로를 따라 회귀한다. 반면에 도 7b를 참조하면, 고주파 신호는 로드로부터 소스로 회귀할 때, 인덕턴스가 최소가 되는 경로 즉, 도 7b에서 점선으로 도시되는 바와 같은 신호 전송 라인의 바로 밑으로 형성되는 경로를 따라 회귀한다. 본 발명에 의한 하네스를 감는 접지선에 의해 짧은 리턴 패스가 형성되게 된다.

한편, 신호 전송 라인을 통한 방사 에너지는 신호 전송 라인과 리턴 패스 사이에 형성되는 루프의 면적에 비례한다.

방사 에너지 E는 다음과 같이 표현될 수 있다.

E ∝ f² * A * I

여기서, f는 신호 전송 라인을 통하여 전달되는 신호의 주파수이고, A는 신호 전송 라인과 리턴 패스 사이의 면적이며, 그리고 I는 신호의 크기이다.

도 8a 및 도 8b는 리턴 패스의 면적에 의한 영향을 도식적으로 보이는 것이다. 도 8a 및 도 8b는 2층으로 구성되는 인쇄 회로 기판에 있어서 위쪽 기판과 아래쪽 기판 사이에서의 리턴 패스의 면적을 보이고 있다. 도 8a에 도시된 경우에 있어서 도 8b의 그것에 비해 리턴 패스의 면적이 작으므로(Aa>Ab) 방사 에너지의 양도 작다. 본 발명에 의한 하네스를 감는 접지선에 의해 좁은 면적의 리턴 패스가 형성되게 된다.

따라서, 본 발명에 있어서, 접지선(408, 506a)이 신호 전송 라인의 가드 그라운드(guard ground) 역할을 해 주게 되어 짧고 좁은 리턴 패스를 형성하게 되기 때문에 EMI 방사를 줄일 수 있게 된다.

차폐 효과

도 4 및 도 5에 도시된 접지선(408, 506a)은 일종의 루프 안테나로 간주된다. 루프 안테나는 전송되는 신호의 파장이 λ_th/20보다 작으면 방사가 일어나지 않는 특성을 가진다. 여기서, λ_th는 접지점(ground connections)들 사이의 거리에 의해 결정되는 임계 파장이다.

이에 따라, 본 발명에 있어서, 하네스를 감은 접지선(408, 506a)의 권취 간격즉, 접지점들 사이의 간격을 전자파 장해를 유발하는 주파수에 해당하는 파장 λ_min의 1/20 이하로 조정함으로써 차폐 효과를 얻는다.

도 9는 본 발명에 따른 전자파 감소 방법의 효과를 보이기 위한 파형도이다. 도 9의 파형도에 있어서, 위쪽 파형(802)은 도 1의 ADF 하네스를 통하여 발생되는 고조파를 보이는 것이고, 아래쪽 파형(804)은 도 1의 ADF 하네스에 도 4에 도시되는 바와 같이 접지선(408)을 감았을 때 ADF 하네스를 통하여 발생되는 고조파를 보이는 것이다.

여기서, 기본 주파수는 8MHz이고, 전자파 장해를 유발하는 주파수는 40MHz 및 48MHz이다.

본 발명의 접지선(408)을 적용한 결과

40MHz에서는 57.06dBμV에서 53.77dBμV로 약 4dB가 감소하였으며, 그리고 48MHz에서는 55.74dBμV에서 48.91dBμV로 약 7dB가 감소한 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법은 저렴한 비용 및 간단한 설치로 높은 EMI 감소 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법은 개발 단계, 제품 생산 단계, 심지어는 제품 출하 이후에도 언제든지 적용 가능하다.

또한, 페라이트 코어를 사용할 때와 같이 페라이트 코어에의 감는 횟수에 따라 하네스의 길이가 길어져야 하거나 하네스가 길어지는 만큼 원래 문제가 되었던 주파수 이외에 다른 주파수에서 문제가 일어나거나, 쉴드를 사용할 때와 같이 쉴드와 하네스 사이의 기생 커패시턴스에 의한 신호 왜곡 등의 부작용들이 발생하지 않는다.

본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들이 설명되었지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 청구범위에서 청구되는 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명이 다양한 형태로 변형될 수 있음을 주지하여야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전자파 장해 감소 방법은 값싸고 간단한 접지선을 이용하여 별다른 부작용 없이 하네스에서 발생되는 전자파 장해를 감소시 키는 효과를 가진다.

Claims

하네스를 통하여 전송되는 신호에서 발사되는 고조파에 의한 전자파 장해를 감소시키는 방법에 있어서,

상기 하네스를 도전성 와이어로 적어도 1회 이상 나선형으로 감는 과정; 및

상기 도전성 와이어의 적어도 일측을 접지시키는 과정을 포함하는 전자파 장해 감소 방법.
제1항에 있어서,

상기 감는 과정에서 도전성 와이어가 감기는 간격 L은 상기 하네스를 통하여 방사되는 고조파 주파수 중에서 가장 높은 주파수 및 파장을 각각 Fmax 및 λmin라고 할 때,

L ≤ 1/(20 * Fmax) = λmin * 1/20를 만족하는 것을 특징으로 하는 전자파 장해 감소 방법.
이격된 전기 회로들 사이에서 신호를 전송하기 위한 회로 연결 장치에 있어서,

다수의 신호선; 및

상기 다수의 신호선을 적어도 1회 이상 나선형으로 감는 접지선을 포함하며,

여기서, 상기 접지선의 양쪽 종단들 중에서 적어도 한쪽은 접지 전위에 연결되는 것을 특징으로 하는 회로 연결 장치.
제3항에 있어서,

상기 감는 과정에서 도전성 와이어가 감기는 간격 L은 상기 하네스를 통하여 방사되는 고조파 주파수 중에서 가장 높은 주파수 및 파장을 각각 Fmax 및 λmin라고 할 때,

L ≤ 1/(20 * Fmax) = λmin * 1/20를 만족하는 특징으로 하는 회로 연결 장치.
제3항에 있어서, 상기 접지선은 상기 회로들 중의 하나를 탑재하는 금속 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 회로 연결 장치.
제3항에 있어서, 상기 접지선은 상기 하네스에 포함된 신호선들 중의 하나이며, 상기 회로들의 디지털 접지 전위에 연결되는 것임을 특징으로 하는 회로 연결 장치.