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EMI (Electro-magnetic Interference)

EMI는 어떤 회로에서 전자파를 방사하여 다른 회로의 동작에 간섭을 주는 것이다. EMI는 왜 발생하는 것일까? 그 원인은 회로에 원치 않는 안테나가 형성되기 때문이다. 안테나는 크게 두 가지로 다이폴(모노폴 포함)과 루프안테나가 있다. 이 중에 루프 안테나의 역할에 큰데, 이는 루프의 면적이 크기 때문에 발생을 하는 것이다. 루프가 크게 되면 그 루프를 관동하며 감싸는 자기장이 크게 발생할 수 밖에 없고 이렇게 발생된 자기장이 다른 회로에 영향을 주게 된다. 우리는 행하는 SI를 좋게 하는 행위들, 예들 들어 적층 구조를 최적화 한다거나 디커플링 커패시터를 사용한다거나 그라운드가 트레이스(trace) 밑에 연속적으로 깔리게 한다거나 하는 모든 것들이, 결국에는 루프를 최소화 하기 위한 행위들 이다. 따라서 SI를 좋게 한다는 것은 결국 EMI를 최소화 한다는 것과 같은 맥락이다.

위처럼 EMI를 예방하기 위해 하는 행위들은 우리가 의도를 가지고 하는 것으로 어느 정도 예측 가능하다. 그런데 우리가 잘 알지 못하면서 EMI를 유발하는 핵심 요소가 있는데, 그것이 바로 common mode current이다. 커먼(common) 모드란 신호선을 통해 흐르는 전류가 바로 밑의 리턴 경로로 돌아오지 않고 다른 경로로 돌아 오는 경우를 말한다. 커먼 모드와 대비되는 것으로 디퍼런셜 모드가 있는데, 이것은 신호선을 통해서 흐른 전류가 바로 밑에 있는 리턴 패스를 통해서 돌아오는 경우를 말한다. 디퍼런셜 모드의 경우 루프가 최소화 되기 때문에 문제를 일으키지 않지만 커먼모드의 경우 돌아오는 전류가 어느 경로로 오는지 알 수 없기 때문에 상당히 큰 루프를 만들 수 있다. 결과적으로 매우 큰 전자파를 방사할 수 있다. 커먼 모드가 만들어지는 이유는 중간에 리턴 경로가 잘려 있다거나 신호선에 스텁(stub)이 있다거나 기타 이유로 해서 예상했던 리턴 경로에 인덕턴스 성분이 크게 증가했기 때문이다. 그러한 연유로 더 작은 인덕턴스 경로를 찾아 전류가 흐르게 되면서 루프가 커지게 된 결과로 커먼 모드가 만들어 진다. 커먼 모드의 문제는 이것의 의도된 것이 아니기 때문에 어디서 발생했는지를 모른다는 것이 문제다. 커먼 모드 신호의 전류는 작을 수 있으나 그 루프 면적이 매우 클 수 있기 때문에 큰 EMI를 유발할 수 있다. 커먼 모드가 생기지 안도록 할 수 있는 방법은 모든 PCB 디자인에 있어서 high-speed 기술 – 위에서 언급된 SI를 좋게 하는 기술 –을 적용하는 것이다. 이것이 원치 않는 커먼 모드를 최소화 할 수 있는 방법이다.