KR20120101873A - 케이블의 방사 전자파 예측 장치 및 방법 - Google Patents

케이블의 방사 전자파 예측 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자제품의 케이블에서 방사되는 전자파를 예측하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 전자제품을 판매하기 위해서는 EMI(ElectroMagnetic Inteference) 테스트를 통과해야 하는 바, 전자제품의 케이블에 흐르는 공통모드 전류를 측정하고, 상기 케이블에서 방사되는 전자파와 상기 공통모드 전류의 관계를 나타내는 전달함수를 산출하고, 상기 공통모드 전류와 상기 전달함수를 이용하여 케이블에서 방사되는 전자파의 양을 예측하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

케이블의 방사 전자파 예측 장치 및 방법{PREDICTION APPARATUS AND METHOD FOR ELECTROMAGNETIC RADIATED EMISSION OF CABLE}
본 발명은 전자제품에 연결된 케이블에서 방사(Radiated Emission)되는 전자파를 예측하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
통신, 정보기기, 자동화 기기 등 다양한 전기전자 회로로 구성된 전자제품들이 서로 근접하게 놓이는 경우 전기적으로 또는 전자기적으로 상호 작용하여 바람직하지 않은 영향을 미치게 된다. 즉, 회로나 시스템에서 발생한 각종 스퓨리어스와 노이즈 성분들이 외부로 방사될 때, 그것은 다른 전자 시스템에 방해전파로 작용되는 바, 이를 전자파 간섭(ElectoMagnetic Interference : EMI)이라고 한다.
전자파 간섭을 그 형태별로 분류하면, 제품의 전원선을 통해 외부로 나가는 전도 노이즈(Conducted Emission 또는 Conducted Noise)와 전자제품의 정상 작동시 외부로 방사되는 복사 노이즈(Radiated Emission 또는 Radiated Noise)가 있는데, 주로 문제가 되는 것은 복사 노이즈이다.
도 1에는 PCB(Printed Circuit Board) 상에서 야기되는 상기 복사 노이즈의 형태가 도시되어 있는데, 상기 PCB상의 복사 노이즈를 두 가지 종류로 분류하면, PCB상에서 형성되는 다양한 루프형성에 따라 복사되는 차동모드복사(Differential Mode Radiation : DM Radiation)(1)와 접지노이즈를 소스로 PCB상에 부착된 커넥터 또는 케이블(3)을 안테나로 하여, 상기 케이블에 흐르는 노이즈 전류 즉, 공통모드 전류(4)에 의해 방출되는 공통모드복사(Common Mode Radiation : CM Radiation)(2)가 있다. 특히, 모바일 제품을 비롯한 최근의 전자제품들은 케이블에 의한 공통모드복사가 많이 발생한다.
상술한 전자 회로나 시스템에서 방사되는 다양한 종류의 전자파는 다른 전자 시스템에 방해전파로 작용되므로 국가 및 기관에서 전자파 간섭(EMI)을 규격화하여 일정기준 이상의 전자파 간섭이 발생하는 경우 제품을 판매하지 못하도록 규제를 하고 있다. 따라서, 상기 규제를 통과하여 제품을 판매하기 위해서는 제품 개발단계에서 EMI 승인 여부 테스트를 실시하고 EMI 규격기준을 초과한 제품에 대해서는 설계를 개선하는 과정이 필요하다.
상기 EMI 승인 여부 테스트를 실시하기 위해서는 제품에서 방사되는 전자파 EMI를 측정해야 하는데, 제품과 안테나 사이의 거리에 따라 근거리 측정과 원거리 측정으로 나뉘게 된다. 이 때 근거리는 제품에 따라 1mm~10cm 등으로 다양하고 이를 측정할 수 있는 기기를 Near-Field Probe라고 한다. 원거리 측정은 주로 제품과 안테나 사이의 거리가 3m인 경우와 10m인 경우를 의미하며 외부 전자파가 차단된 챔버에서 안테나를 이용하여 측정한다. EMI 승인 테스트에서는 주로 원거리 측정을 이용한다.
도 2에 종래의 EMI 승인 테스트 과정에 대한 순서도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 제품의 개발단계는 크게 제품설계 단계(10), 프로토 제작 단계(11) 및 제품 양산 단계(14)로 나뉜다. 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 프로토 제작 단계(11)에서 EMI 승인 테스트를 실시하고 EMI 규격기준을 초과한 제품에 대해서는(12단계의 '아니오') 규격을 만족할 때까지 반복적으로 설계를 개선하는 디버깅 작업을(13)하였으며, 상기 EMI 테스트와 설계 개선 과정을 반복적으로 거쳐 EMI 규격을 통과한 경우(12단계의 '예')에 양산 단계(14)로 넘어갈 수 있었다.
상술한 과정을 통하여 EMI 테스트를 실시할 경우, 프로토 제작 단계에서는 이미 기구 및 회로의 사양이 대부분 결정된 상태이기 때문에 EMI 규격 제한을 통과하지 못할 경우 개선을 위한 설계변경이 힘들어 솔루션을 찾기 어렵게 되고 개발일정이 지연되며, 솔루션을 찾게 되더라도 설계변경에 의한 비용이 발생하게 된다.
또한 전술한 종래기술은 EMI 테스트를 위하여 챔버를 사용하는데 상기 챔버는 고가의 설비이므로 다량으로 구비되어 있기 어려운 바 EMI 규격을 통과하지 못한 경우에 챔버 내에서의 측정을 통한 개선작업에 어려움이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 케이블의 방사 전자파 예측 장치 및 방법은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 개발초기단계에서 방사 전자파를 사전 예측하여 EMI 규격을 초과할 경우 설계개선을 통해 제품의 EMI 품질을 향상시키고, 챔버를 이용하지 않고 실험실에서 간단한 실험으로 EMI 결과를 얻을 수 있도록 하는 EMI 예측 시스템을 제공한다. 특히, 최근의 전자제품은 케이블에 의한 공통모드 복사가 규격 제한을 초과하는 경우가 많이 발생하는 바, 본 발명은 케이블에 의한 방사 EMI 예측 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 케이블의 방사 전자파 예측 장치는, 전자제품에 연결되는 케이블에 흐르는 공통모드 전류와 상기 케이블에서 방사되는 전자파의 관계를 나타내는 전달함수가 저장된 데이터베이스 및 스펙트럼 분석기에서 측정되는 테스트대상 전자제품 케이블의 공통모드 전류와 상기 데이터베이스에서 추출된 전달함수를 이용하여 상기 테스트대상 전자제품 케이블에서 방사되는 전자파를 산출하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 스펙트럼 분석기 제어부, 실제전류값 산출부, 전달함수 생성부 및 방사 전자파 예측부를 포함한다.
상기 스펙트럼 분석기 제어부는 전류측정환경에 해당하는 파라미터를 설정하여 스펙트럼 분석기로 전송하고, 상기 스펙트럼 분석기로부터 상기 케이블의 공통모드 전류측정결과를 전송받는다.
상기 전류측정환경에 해당하는 파라미터는 측정주파수 대역, 분해능 대역폭(resolution bw), 비디오 대역폭(vedio bw), 또는 sweep time 을 포함한다.
상기 실제전류값 산출부는 스펙트럼 분석기 제어부로부터 공통모드 전류 측정결과를 전송받아 전류 프로브 팩터(current probe factor) 및 증폭기 이득(amplifier gain)을 고려하여 실제 전류값으로 환산한다.
상기 전달함수 생성부는 테스트환경에 상응하는 전달함수를 상기 데이터베이스로부터 추출하고 상기 데이터베이스에 상기 테스트환경에 상응하는 전달함수가 없는 경우에는 상기 시뮬레이션 실행부로부터 전달함수를 전송받음으로써 전달함수를 생성한다.
상기 전달함수는 케이블에 흐르는 단위 공통모드 전류당 방사되는 전자파의 양으로 정의된다.
상기 데이터베이스는 적어도 한 세트 이상의 테스트환경에서 케이블에 흐르는 공통모드 전류와 소정거리에서의 방사 전자파를 측정하여 전달함수를 산출하고, 상기 산출된 전달함수를 해당 테스트환경에 따라 구분하여 저장함으로써 구성된다.
상기 테스트환경은 케이블의 형상, 방사 전자파의 측정거리, 또는 안테나 편파(수직, 수평)를 포함하여 한 세트를 구성한다.
상기 시뮬레이션 실행부는 테스트 대상인 전자제품을 모델링하고 전자파 수치해석 기법을 이용하여 시뮬레이션을 통해 전달함수를 산출한다.
상기 방사 전자파 예측부는 상기 실제 전류값 산출부에서 산출한 실제 전류값과 상기 전달함수 생성부에서 생성한 전달함수를 합산 또는 곱하여 케이블의 방사 전자파의 예측값을 산출한다.
상기 데이터베이스는 상기 케이블의 방사 전자파의 예측값을 저장하여 데이터베이스화 시킨다.
본 발명의 일 측면에 따른 케이블의 방사 전자파 예측 방법은 전자제품에 연결되는 케이블에 흐르는 공통모드(common-mode)전류를 측정하는 단계, 데이터베이스화된 전달함수 중에서 상기 전자제품의 테스트 환경에 상응하는 전달함수를 추출하는 단계 및 상기 측정된 공통모드 전류와 상기 추출된 전달함수를 이용하여 케이블의 방사 전자파 예측값을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 전달함수는 단위 공통모드 전류당 방사되는 전자파의 양으로 정의된다.
상기 전달함수를 데이터베이스화 하는 것은 적어도 한 세트 이상의 테스트 환경에서 전자제품에 연결된 케이블의 공통모드 전류를 측정하고 상기 측정된 공통모드 전류를 실제 전류값으로 환산하고;
상기 케이블로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에서 상기 케이블의 방사 전자파를 측정하고 상기 측정된 방사 전자파를 상기 실제 전류값으로 나누어 전달함수를 산출하고 상기 산출된 전달함수를 상기 테스트 환경에 따라 구분하여 데이터베이스화 하는 것이다.
상기 테스트 환경은 테스트에 사용되는 케이블의 형상, 방사 전자파의 측정 거리 및 안테나 편파(수직, 수평)를 한 세트로 한다.
상기 측정된 공통모드 전류를 실제 전류값으로 환산하는 것은, 전류 프로브 팩터(current probe factor)와 증폭기 이득(amplifier gain)을 고려하는 것이다.
본 발명은 상기 데이터베이스화된 전달함수 중에서 상기 전자제품의 테스트 환경에 상응하는 전달함수가 없는 경우에는 상기 전자제품을 모델링하여 시뮬레이션을 통해 전달함수를 산출하는 단계를 더 포함한다.
상기 케이블의 방사 전자파 예측값을 산출하는 단계는, 상기 측정된 공통모드 전류를 전류 프로브 팩터와 증폭기 이득을 고려하여 실제 전류값으로 환산하고 상기 실제 전류값과 상기 전달함수를 합산 또는 곱함으로써 케이블의 방사 전자파 예측값을 산출하는 것이다.
본 발명은 상기 산출된 케이블의 방사 전자파 예측값을 테스트환경에 따라 구분하여 데이터베이스화시키는 단계를 더 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 제품의 개발초기 단계에서 EMI를 사전에 예측하여 상기 제품이 EMI 규격을 초과할 경우 설계개선을 통해 제품의 EMI 품질을 향상시킬 수 있으며, 아울러 제품 검증단계에서 EMI 테스트를 수행할 경우 발생되는 개발일정 지연문제를 최소화할 수 있다. 또한, 챔버를 이용하지 않고 실험실에서 간단한 실험으로 EMI 결과를 얻음으로써 시간과 비용을 효율적으로 절약할 수 있다.
도 1은 공통모드 전자파의 방사 형태를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 제품개발과정에 관한 간략한 순서도이다.
도 3은 케이블의 방사 전자파 예측 장치의 제어 블록도이다.
도 4는 케이블의 방사 전자파 예측 장치의 구성도이다.
도 5는 케이블의 방사 전자파 예측 방법을 일련의 과정으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 케이블의 공통모드 전류를 측정하는 장치에 관한 구성도이다.
도 7은 전달함수의 데이터베이스화 과정을 나타낸 순서도이다.
도 8은 전달함수 데이터베이스를 표시하는 화면의 예시이다.
도 9는 전달함수를 산출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 케이블의 방사 전자파 예측 장치에서 예측결과를 데이터베이스화하여 나타낸 화면의 예시이다.
도 11은 케이블의 방사 전자파 예측장치 및 방법에 의한 예측결과와 직접 측정을 통해 얻은 결과를 비교한 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 케이블의 방사 전자파 예측 장치의 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 케이블의 방사 전자파 예측장치는, 전자제품에 연결되는 케이블에 흐르는 공통모드 전류와 상기 케이블에서 방사되는 전자파의 관계를 나타내는 전달함수가 저장된 데이터베이스 및 스펙트럼 분석기에서 측정되는 테스트대상 전자제품 케이블의 공통모드 전류와 상기 데이터베이스에서 추출된 전달함수를 이용하여 상기 테스트대상 전자제품 케이블에서 방사되는 전자파를 산출하는 제어부를 포함한다.
도 3에는 본 발명에 관한 제어 블록도가 도시되어 있다. 복사 방출 전자파 예측과정 전반을 담당하는 제어부(100)는 스펙트럼 분석기(220)와 연결되어 전류측정환경에 관한 파라미터를 설정하고 이를 스펙트럼 분석기로 전송한다. 스펙트럼 분석기는 EMI 테스트의 대상인 전자제품에 연결되어있는 케이블(230)과 연결되어 상기 케이블의 공통모드 전류값을 측정한다. 이 때 상기 공통모드 전류값 즉, 노이즈 전류값은 매우 미세한 양인 경우가 많으므로 케이블과 스펙트럼 분석기 사이에 증폭기를 연결할 수 있다. 스펙트럼 분석기는 상기 케이블에 흐르는 공통모드 전류를 각 주파수 대역별로 측정하여 그 결과를 제어부(100)로 전송한다. 제어부는 상기 측정결과를 전송받아 이를 이용하여 EMI 테스트의 대상인 전자제품이 케이블을 통하여 방사하는 전자파의 양을 예측한다. 제어부의 자세한 기능에 대해서는 후술하도록 한다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블의 방사 전자파 예측장치를 사용하여 EMI 테스트를 실시할 경우 사용되는 장치구성도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 케이블의 방사 전자파 예측장치는 주로 컴퓨터(110)에 탑재되지만, 이 외에도 본 발명에 따른 예측장치의 기능이 탑재될 수 있으면 어떤 구성이든 제한이 없다. 컴퓨터(110)에는 스펙트럼 분석기(220)를 제어할 수 있는 프로그램을 탑재하여, 전류측정환경에 관한 정보를 컴퓨터에 입력하고 이를 스펙트럼 분석기로 전송한다. 상기 전류측정환경에 관한 정보는 측정주파수 대역, 분해능 대역폭, 비디오 대역폭 및 sweep time을 포함한다. 스펙트럼 분석기(220)는 상기 전송된 전류측정환경에 맞게 전류값을 측정한다. 케이블에 흐르는 공통모드 전류를 측정하기 위해서는 전류 프로브(112)가 케이블에 연결되어야 하는 바, 전류 프로브는 스펙트럼 분석기의 입력 단자와 피측정점을 접촉시키기 위해 사용하는 것으로서 일종의 탐침에 해당한다. 스펙트럼 분석기 또는 증폭기(111)에 연결된 전류 프로브(112)는 스펙트럼 분석기(220)가 케이블에 흐르는 공통모드 전류를 측정할 수 있도록 한다.
상기 스펙트럼 분석기(220)에서 측정된 공통모드 전류는 다시 컴퓨터(110)로 전송된다. 컴퓨터는 상기 측정된 공통모드 전류를 이용하여 케이블에서 방사되는 전자파의 양을 예측한다.
이하 제어부의 세부적인 기능을 살펴보기 위해 도 3을 참조한다. 도 3을 참조하면, 제어부는 스펙트럼 분석기 제어부(101), 실제전류값 산출부(102), 전달함수 생성부(103) 및 방사 전자파 예측부(104) 로 나뉘고 데이터베이스(200)는 전달함수 생성부와 연결되어 테스트 환경에 맞는 전달함수를 전달함수 생성부로 전송한다. 시뮬레이션 실행부(210)도 전달함수 생성부와 연결되어 테스트 하고자 하는 케이블 형상에 관한 전달함수를 산출하여 전달함수 생성부로 전송한다.
스펙트럼 분석기 제어부(101)는 앞서 설명한 바와 같이 분석환경을 설정함으로써 스펙트럼 분석기를 제어하고, 실제전류값 산출부(102)는 상기 스펙트럼 분석기로부터 전송된 측정결과를 이용하여 실제전류값을 산출한다. 상기 스펙트럼 분석기로부터 전송된 측정결과는 전류 프로브와 증폭기의 영향에 의해 실제 전류값과는 다른 값이다. 따라서 전류 프로브 팩터와 증폭기 이득을 고려하여 상기 측정 전류값으로부터 실제 전류값을 산출한다.
다음으로, 전달함수 생성부(103)에서 EMI 테스트 환경에 맞는 전달함수를 생성해야 하는데, 전달함수는 케이블에 흐르는 단위 공통모드 전류당 복사 방출되는 전자파의 양으로 정의된다. 즉 다음의 식으로 정의된다.
RTFP = EP max(r0)/ICM(rs )
RTF는 Radiated Transfer Function을 의미하며, EP max는 소정의 거리에서 측정된 복사 방출 전자파의 최대값이고 ICM은 케이블에 흐르는 실제 전류값이다. 위첨자 P는 안테나 역할을 하는 케이블의 수직 성분 또는 수평 성분을 의미한다.전달함수 생성부는 데이터베이스(200)로부터 전달함수를 추출하거나 시뮬레이션 실행부(210)로부터 전달함수 시뮬레이션 결과를 전송받아 전달함수를 생성한다. 상기 데이터베이스(200)에서 전달함수를 데이터베이스화하는 방법은 복사 방출 전자파 예측방법에서 자세히 설명하도록 한다. 전달함수 생성부(103)는 상기 데이터베이스(200)로부터 테스트에 사용되는 케이블의 형상, 전자파 측정거리 및 안테나의 편파(수평, 수직) 등 테스트 환경에 대응되는 전달함수를 추출한다. 상기 데이터베이스에 해당 EMI 테스트 환경에 상응하는 데이터가 없을 경우에는 시뮬레이션 실행부(210)로부터 데이터를 얻는 바, 시뮬레이션 실행부(210)에 테스트 환경에 관한 정보를 전송하고 시뮬레이션 실행부에서는 상기 테스트 환경을 반영하여 테스트 대상 전자제품을 모델링하여 시뮬레이션을 통해 전달함수를 계산한다. 구조물 모델링을 통한 시뮬레이션을 이용하여 전달함수를 산출하는 것은 널리 알려진 공지기술이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 안테나의 편파는 케이블에서 방출되는 전자파의 수평성분 및 수직성분을 의미하는데 주의할 점은, 상기 편파에 따라 방출되는 전자파의 양이 다르므로 수직성분에 관한 전달함수 및 수평성분에 관한 전달함수를 모두 산출해야 한다는 것이다.
방사 전자파 예측부(104)는 실제전류값 산출부(102)에서 산출된 공통모드 전류값과 전달함수 생성부(103)에서 생성된 전달함수를 전송받아 방사 전자파를 계산한다. RTFP = EP max(r0)/ICM(rs)이므로 공통모드 전류값과 전달함수값을 곱하면 방사 전자파의 양을 얻을 수 있고, 상기 값들의 단위가 dB이면 두 값을 곱하는 것이 아니라 합산해야 복사 방출 전자파의 양을 얻을 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 케이블의 수직성분 및 수평성분 모두에 관하여 복사 방출 전자파를 계산해야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 케이블의 방사 전자파 예측 방법은 전자제품에 연결되는 케이블에 흐르는 공통모드(common-mode)전류를 측정하는 단계, 데이터베이스화된 전달함수 중에서 상기 전자제품의 테스트 환경에 상응하는 전달함수를 추출하는 단계 및 상기 측정된 공통모드 전류와 상기 추출된 전달함수를 이용하여 케이블의 방사 전자파 예측값을 산출하는 단계를 포함한다.
도 5에는 본 발명에 따른 복사 방출 전자파 예측 방법을 이용한 EMI 테스트 과정이 순서도로 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 먼저 테스트하고자 하는 제품에 연결된 케이블에 전류 프로브(current probe)를 연결하고 공통모드 전류를 측정한다(300). 그리고 전류 프로브 팩터(current probe factor)와 증폭기의 이득을 고려하여 측정된 전류값을 실제 전류값으로 환산하고(301) 상기 제품 및 테스트환경에 맞는 전달함수를 생성하여(302), 전달함수와 공통모드 전류값의 관계를 이용하여 방사 전자파의 예측값을 산출한다(303). 상기 예측값이 EMI 규격 제한을 초과하면(304단계의 '아니오') 설계개선을 통한 디버깅 작업을 수행하고 다시 공통모드 전류를 측정하여 케이블의 방사 전자파 예측값을 산출하는 일련의 과정을 반복한다. 상기 과정을 거쳐 예측값이 EMI 규격제한을 초과하지 않게 되면 (304단계의 '예') EMI 테스트를 종료하고 제품 양산단계로 넘어간다.
EMI 테스트를 실시하는 경우 및 전달함수 데이터베이스를 생성하는 경우에 모두 케이블에 흐르는 공통모드 전류를 측정하는 과정이 필요하다. 이하에서는 도 6를 참조하여 케이블에 유기된 공통모드 전류의 측정과정(300)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 6를 참조하면, 공통모드 전류를 측정하기 위해서는 스펙트럼 분석기(400), 전자제품에 연결되는 케이블, 전류 프로브(410) 및 전류 측정과정을 제어할 소프트 웨어가 탑재된 제어기(420)가 필요하다. 상기 제어기의 일 예로서, 컴퓨터를 이용하여 설명하도록 한다. 우선, 사용자는 컴퓨터를 이용하여 측정주파수 대역, 분해능 대역폭(Resolution BW), 비디오 대역폭(Vedio BW), sweep time 등 전류측정환경과 관련된 각종 파라미터를 설정하고 이를 스펙트럼 분석기로 전송한다. 측정하고자 하는 전자제품에 EMI 테스트용 케이블을 연결하고 그 연결부위에 전류 프로브(410)를 연결한다. 상기 전류 프로브(410)와 스펙트럼 분석기(400)를 연결하여 상기 전자제품에 연결된 케이블에 유기된 노이즈 전류 즉, 공통모드 전류를 측정한다. 일반적으로 노이즈 전류는 미세한 양이므로 증폭기를 통하여 증폭된 양을 측정하도록 한다. 스펙트럼 분석기 및 증폭기를 이용하여 전류를 측정하는 것은 공지된 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 스펙트럼 분석기에 의해 측정된 결과는 측정 주파수 대역에서의 전압값 또는 전류값이다. 단위는 주로 dBuv 또는 dBuA 이지만 측정결과에 따라 다른 단위들도 사용될 수 있다. 상기 측정결과는 케이블에 유기된 공통모드 전류의 순수한 값이 아니며, 케이블에 연결된 전류 프로브와 증폭기의 영향이 반영된 값이다. 따라서 케이블에 유기된 공통모드 전류의 실제값을 얻기 위해서는 전류 프로브 팩터(probe factor)와 증폭기 이득(amplifier gain)을 고려하여 측정 결과를 다시 계산해야 하는 바, 스펙트럼 분석기는 측정결과를 컴퓨터로 전송하고 컴퓨터에 탑재되어 있는 소프트웨어는 상기 전류 프로브 팩터와 증폭기 이득을 고려하여 실제 전류값을 산출한다.
이하에서는 전달함수를 생성하는 과정(302)에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 앞서 언급한 바와 같이 본 발명에서는 전달함수를 아래의 식으로 정의한다.
RTFP = EP max(r0)/ICM(rs)
RTF는 Radiated Transfer Function을 의미하며, EP max는 소정의 거리에서 측정된 복사 방출 전자파의 최대값이고 ICM은 케이블에 흐르는 실제 전류값이다. 위첨자 P는 안테나 역할을 하는 케이블의 수직 성분 또는 수평 성분을 의미한다.
전달함수를 생성하는 방법은 크게 두 가지로 나뉘는데, 미리 데이터베이스(Database)화 되어있는 전달함수 중에서 테스트환경에 대응되는 전달함수 값을 추출해내는 방법과 시뮬레이션을 통해 직접 전달함수를 산출하는 방법이다.
이하에서는, 전달함수 데이터베이스화에 관한 일련의 과정이 순서도로 표현된 도 7를 참조하여 전달함수를 데이터베이스화하는 과정에 대하여 설명하도록 한다.
전달함수를 미리 데이터베이스화하기 위해 각 전자제품군에 대하여 다수의 테스트환경에서 미리 실험을 수행한다. 테스트환경은 케이블의 형상, 전자파의 측정거리(챔버의 크기), 안테나의 편파(수직, 수평) 등을 한 세트로 하며, 이들을 각기 다르게 한 테스트환경에서 수회의 실험을 통해 다양한 데이터베이스를 얻을 수 있다. 우선, 앞서 설명한 바와 같이 컴퓨터에 측정주파수 대역, 분해능 대역폭, 비디오 대역폭 및 sweep time 등의 전류측정환경 파라미터를 입력한다. 그리고 전자제품에 연결된 케이블에 흐르는 공통모드 전류를 측정하고(500) 그 측정결과를 다시 컴퓨터로 전송하여 전류 프로브 팩터와 증폭기 이득을 고려한 실제 전류값으로 환산한다. 그리고 챔버내의 상기 케이블로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에서 케이블의 방사 전자파를 측정한다(501). 상기 소정의 거리는 1mm~10cm 정도의 근거리 일 수도 있고, 3m 및 5m에 해당하는 원거리 일 수도 있다. 본 발명에 따른 케이블의 방사 전자파 예측방법은 근거리 예측도 가능하고 원거리 예측도 가능하나 특히 원거리의 전자파는 직접 실험을 통해 챔버에서 측정하는 것이 시간적, 비용적 측면에서 비효율적이기 때문에 원거리 전자파의 예측에 있어서 매우 유용하게 사용될 수 있다.
케이블에 흐르는 공통모드 전류와 소정 거리에서의 방사 전자파의 양을 모두 측정한 후에는, 상기 측정된 공통모드 전류를 실제 전류값으로 환산하고 전달함수의 정의에 따라 상기 측정된 방사 전자파를 상기 실제 전류값으로 나누어 전달함수를 산출한다(502).
그리고, 상기 산출된 전달함수는 테스트환경에 따라 구분하여 데이터베이스화 된다(503). 케이블에 같은 전류가 흐르더라도 케이블의 형상에 따라 방사되는 전자파의 양이 다르며, 챔버의 크기 즉, 전자파 측정거리 및 안테나 편파(수평, 수직)에 따라서도 전자파의 양이 달라진다. 따라서 상기 전달함수는 케이블 형상, 전자파 측정거리 및 안테나 편파 등 다양한 테스트환경별로 데이터베이스화 시켜야 한다. EMI 테스트에 사용되는 케이블의 형상은 규격화되어 있으므로 상기 규격화 된 케이블 별로 전자파 측정 실험을 수행하고 이를 데이터베이스화 시킨다.
상기와 같은 데이터베이스화 작업을 모바일 제품에 대해 수행한 경우, 모델을 달리하는 모든 모바일 제품의 EMI 테스트에 상기 데이터베이스를 사용할 수 있고, 같은 제품군이 아니더라도 전자파 방출 특성이 유사하면 같은 데이터베이스를 사용할 수 있다. 각종 전자제품군에 따라 데이터베이스를 구비해 놓으면, 그 제품군에 속하는 모든 제품에 대하여 상기 데이터베이스를 이용하여 EMI 테스트를 실시 할 수 있다.
도 8에는 상기 데이터베이스가 컴퓨터의 모니터에 표현될 수 있는 일 예가 도시되어 있다. 데이터베이스 창의 좌측 부분에는 케이블의 형상을 선택할 수 있는 메뉴가 나열되어 있고, 상기 메뉴 중에서 EMI 테스트에 사용된 케이블의 형상을 선택하면 우측 부분에 각 주파수에 따라 계산된 전달함수 값이 나열된다. 도 8은 본 발명에 따른 데이터베이스 화면의 일 예에 불과하며, 이 외에도 전달함수 데이터를 나타내는 다양한 구성이 가능하다.
EMI 테스트에 사용하고자 하는 케이블의 형상이 데이터베이스화되어 있지 않은 경우에는 시뮬레이션을 통해 직접 전달함수를 산출하는 방법도 가능하다. 구조물을 모델링하여 전달함수를 산출하는 방법은 널리 알려진 공지기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상술한 방법을 이용하여 케이블에 흐르는 공통모드 전류값과 전달함수를 생성하면, 이들을 이용하여 케이블의 방사 전자파의 양을 예측할 수 있다(303). 도 9에는 케이블에서 복사 방출되는 전자파의 양을 예측하는 과정이 간단한 흐름도로 도시되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에서 전달함수는 단위전류당 방출되는 전자파의 양으로 정의된다. 따라서, 케이블에 흐르는 공통모드 전류값(510)과 전달함수값(511)을 곱하면 상기 케이블에서 방사되는 전자파를 얻을 수 있다(512). 이 때 주의할 점은 전류값과 전달함수값이 dB로 표현되는 경우에는 로그함수의 산술방법에 따라 전류값과 전달함수값을 더해야 한다는 것이다. 또한, 케이블의 수직성분에서 방출되는 전자파와 수평성분에서 방출되는 전자파가 각각 다르므로 상기 두 경우에 대해 각각 예측값을 계산한다.
본 발명에 따른 케이블의 방사 전자파 예측장치 및 방법은 제품의 개발초기를 비롯한 어느 단계에서든지 사용할 수 있다. 상기 예측방법을 제품의 개발초기에 사용하여 EMI 테스트를 실시할 경우에는 제품의 설계변경이 좀 더 용이하므로 효율적으로 디버깅 작업이 이뤄질 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 케이블의 방사 전자파 예측 장치 및 방법을 이용하여 얻은 예측값들을 데이터베이스화하면 EMI 테스트의 통계 및 품질관리에 이용할 수 있다. 도 10에 전자파 예측값에 관한 데이터베이스의 예시 화면이 도시되어 있다. EMI테스트를 수행한 날짜, 모델명, 과제명, 테스트 수행시의 제품 개발단계 및 예측결과를 데이터베이스화하여 이를 통해 EMI 테스트 결과를 통계적으로 분석할 수 있고 상기 분석결과는 제품의 품질관리에 이용할 수 있다.
도 11에는 본 발명에 따른 방사 전자파의 예측값과 실제 측정값을 비교한 결과가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 케이블의 방사 전자파 예측장치 또는 방사 전자파 예측방법을 이용하여 케이블에서 방사되는 전자파의 양을 예측한 결과(굵은선)와, 같은 제품에 대하여 직접 방사 전자파를 측정한 결과(가는선)이다. 도 11를 참조하면, 본 발명에 따른 예측 장치 또는 예측 방법을 이용하여 얻은 예측결과 그래프와 직접 전자파를 측정한 측정결과 그래프가 거의 일치하는 것을 알 수 있다.
100 : 제어부 101 : 스펙트럼 분석기 제어부
102 : 실제전류값 산출부 103 : 전달함수 생성부
104 : 방사 전자파 예측부 200 : 데이터베이스

Claims (20)

  1. 전자제품에 연결되는 케이블에 흐르는 공통모드 전류와 상기 케이블에서 방사되는 전자파의 관계를 나타내는 전달함수가 저장된 데이터베이스;
    시뮬레이션을 통해 상기 전달함수를 산출하는 시뮬레이션 실행부;및
    스펙트럼 분석기에서 측정되는 테스트 대상 전자제품의 케이블에 흐르는 공통모드 전류와 상기 데이터베이스에서 추출된 전달함수를 이용하여 상기 테스트 대상 전자제품의 케이블에서 방사되는 전자파를 산출하는 제어부를 포함하는 케이블의 방사 전자파 예측 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 스펙트럼 분석기 제어부, 실제전류값 산출부, 전달함수 생성부 및 방사 전자파 예측부를 포함하는 케이블의 방사 전자파 예측 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스펙트럼 분석기 제어부는 전류측정환경을 나타내는 파라미터를 설정하여 스펙트럼 분석기로 전송하고, 상기 스펙트럼 분석기로부터 상기 케이블의 공통모드 전류측정결과를 전송받는 케이블의 방사 전자파 예측장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전류측정환경을 나타내는 파라미터는 측정주파수 대역, 분해능 대역폭(resolution bw), 비디오 대역폭(vedio bw), 또는 sweep time 을 포함하는 케이블의 방사 전자파 예측장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 실제전류값 산출부는 스펙트럼 분석기 제어부로부터 공통모드 전류 측정결과를 전송받아 전류 프로브 팩터(current probe factor) 및 증폭기 이득(amplifier gain)을 고려하여 실제 전류값으로 환산하는 케이블의 방사 전자파 예측 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전달함수는 케이블에 흐르는 단위 공통모드 전류당 방사되는 전자파의 양으로 정의되는 케이블의 방사 전자파 예측 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 전달함수 생성부는 테스트환경에 상응하는 전달함수를 상기 데이터베이스로부터 추출하고;
    상기 데이터베이스에 상기 테스트환경에 상응하는 전달함수가 없는 경우에는 상기 시뮬레이션 실행부로부터 산출된 전달함수를 전송받음으로써 전달함수를 생성하는 케이블의 방사 전자파 예측 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터베이스는 적어도 한 세트 이상의 테스트환경에서 케이블에 흐르는 공통모드 전류와 소정거리에서의 방사 전자파를 측정하여 전달함수를 산출하고, 상기 산출된 전달함수를 해당 테스트환경에 따라 구분하여 저장함으로써 구성되는 것인 복사 방출 전자파 예측 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 테스트환경은 케이블의 형상, 방사 전자파의 측정거리, 또는 안테나 편파(수직, 수평)를 포함하여 한 세트를 구성하는 케이블의 방사 전자파 예측 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 실행부는 테스트 대상인 전자제품을 모델링하고 전자파 수치해석 기법을 이용하여 시뮬레이션을 통해 전달함수를 산출하는 케이블의 방사 전자파 예측 장치.
  11. 제 2 항 내지 제 10 항에 있어서,
    상기 방사 전자파 예측부는 상기 실제 전류값 산출부에서 산출한 실제 전류값과 상기 전달함수 생성부에서 생성한 전달함수를 합산 또는 곱하여 케이블의 방사 전자파의 예측값을 산출하는 케이블의 방사 전자파 예측 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 데이터베이스는 상기 케이블의 방사 전자파의 예측값을 테스트 환경에 따라 구분하여 저장함으로써 데이터베이스화 시키는 케이블의 방사 전자파 예측 장치.
  13. 전자제품에 연결되는 케이블에 흐르는 공통모드(common-mode)전류를 측정하는 단계;
    데이터베이스화된 전달함수 중에서 상기 전자제품의 테스트 환경에 상응하는 전달함수를 추출하는 단계;및
    상기 측정된 공통모드 전류와 상기 추출된 전달함수를 이용하여 케이블의 방사 전자파 예측값을 산출하는 단계를 포함하는 케이블의 방사 전자파 예측 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전달함수는 단위 공통모드 전류당 방사되는 전자파의 양으로 정의되는 케이블의 방사 전자파 예측 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전달함수를 데이터베이스화 하는 것은,
    적어도 한 세트 이상의 테스트 환경에서 전자제품에 연결된 케이블의 공통모드 전류를 측정하고;
    상기 측정된 공통모드 전류를 실제 전류값으로 환산하고;
    상기 케이블로부터 소정의 거리만큼 떨어진 위치에서 상기 케이블의 방사 전자파를 측정하고;
    상기 측정된 방사 전자파를 상기 실제 전류값으로 나누어 전달함수를 산출하고;
    상기 산출된 전달함수를 상기 테스트 환경에 따라 구분하여 저장하는 것인 케이블의 방사 전자파 예측 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 테스트 환경은 테스트에 사용되는 케이블의 형상, 방사 전자파의 측정 거리 및 안테나 편파(수직, 수평)를 포함하여 한 세트로 하는 케이블의 방사 전자파 예측 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 측정된 공통모드 전류를 실제 전류값으로 환산하는 것은, 전류 프로브 팩터(current probe factor)와 증폭기 이득(amplifier gain)을 고려하는 것인 케이블의 방사 전자파 예측 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 데이터베이스화된 전달함수 중에서 상기 전자제품의 테스트 환경에 상응하는 전달함수가 없는 경우에는 상기 전자제품을 모델링하여 시뮬레이션을 통해 전달함수를 산출하는 단계를 더 포함하는 케이블의 방사 전자파 예측 방법.
  19. 제 13 항 내지 제 18 항에 있어서,
    상기 케이블의 방사 전자파 예측값을 산출하는 단계는,
    상기 측정된 공통모드 전류를 전류 프로브 팩터와 증폭기 이득을 고려하여 실제 전류값으로 환산하고;
    상기 실제 전류값과 상기 전달함수를 합산 또는 곱함으로써 케이블의 방사 전자파 예측값을 산출하는 것인 케이블의 방사 전자파 예측 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 산출된 케이블의 방사 전자파 예측값을 테스트환경에 따라 구분하여 데이터베이스화시키는 단계를 더 포함하는 케이블의 방사 전자파 예측 방법.
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