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  [PI] Resonance 작성일 : 2013-07-08          조회수 : 16,723  
  작성자 : 인터넥스  

물체는 고유의 진동주파수를 가지고 있습니다. 이런 고유한 진동주파수가 외부에서 입력된 신호의 주파수와 일치할 경우 에너지가 집중되는 현상을 공진이라고 합니다.

 여기에는 직렬 공진과 병렬 공진으로 다시 분류를 할 수 가 있습니다.

 

직렬 공진

- 임피던스 최소

- 입력 전압에 대해 전류 최대

 

병렬 공진

- 임피던스 최대

- 입력 전압에 대해 전류 최소

 

 어찌 되었든 공진은 특별한 경우가 아니고서 대부분 노이즈로서 작용하기 마련입니다.

Board에서 동작주파수 범위에 이러한 공진이 있다고 생각해보면 훨씬 이해하기가 쉬울 것입니다.

 따라서 동작 주파수 범위에 있는 공진점을 찾아 제거해야 하는데 Board 에서 발생하는 공진은 그 구조상 매우 복잡하게 얽혀 있어 예측이나 공진점을 정확히 찾는 것은 매우 어렵습니다.


위 그림은 Simulation Tool에서 공진해석을 통해 Board의 공진분포를 알아본 것입니다. 빨간색 부분이 공진이 발생한 부위이며 마치 파도처럼 Board 전체에 영향을 주고 있는 것을 알 수 있습니다.

PCB 설계시 불필요한 공진은 노이즈의 증가를 가져오는 원인이 되기 때문에 공진이 발생하는 지점을 찾아서 제거를 해줘야 합니다.

가장 좋은 방법은 이러한 공진이 발생하지 않도록 처음부터 최대한 문제요소가 발생할 수 있는 원인을 만들지 않는 것이 이상적이지만 현실적으로 그러한 부분을 일일이 다 수용하여 설계한다는 것은 매우 어렵습니다.

바로 이러한 점들 때문에 PI(power Integrity)를 통한 설계가 매우 중요한 것입니다.

 

 위와 같은 공진이 일어나는 부분은 임피던스가 높습니다. 임피던스가 높다는 것은 그만큼 작은 전류라도 큰 전압 노이즈로 발생하게 된다는 의미 입니다. 따라서 이러한 공진이 일어나는 주파수를 찾는 작업이 필요합니다.

공진이 일어나는 주파수는 공진해석을 통하여 알아볼 수 있는데, 이렇게 공진이 일어나는 주파수 범위를 찾게 되면 다음에 해야 할 것은 높은 임피던스를 낮춰 주는 것입니다. 임피던스를 낮추기 위한 방법은 바로 공진이 일어나는 주파수와 비슷한 SRF를 가지고 있는 Capacitor 이용하여 상쇄하는 것입니다. 이것을 De-Coupling Capacitor라고 합니다.(이하 De-Cap.)

 물론 De-Cap.이 만능은 아닙니다. 이것으로 해결이 되지 않는다면 Via위치나 개수, Pattern의 모양이나 길이등을 조절하여 문제를 해결해야 합니다.

이러한 작업들은 쉽게 이뤄지는 것이 아니기 때문에 엔지니어는 많은 시간과 노력을 필요로 하게 됩니다.

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