앤시스를 활용한 다양한 EMI 해석 솔루션
앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례
이번 호에서는 앤시스(Ansys) 소프트웨어인 HFSS, SIwave, Circuit을 활용한 다양한 EMI 시뮬레이션 방법을 소개하고자 한다. 각각의 소프트웨어를 독립적으로 사용했을 때와 서로 조합했을 때의 EMI 해석 과정을 소개한다.
■ 박유순
태성에스엔이 HF팀의 매니저로 Ansys 전자기제품군의 교육, 컨설팅, 기술지원을 담당하고 있다. 반도체 패키지, 커넥터, 케이블, 테스트 소켓 등 High Speed Interface 제품의 SI/PI/EMI 관련 폭넓은 기술 서비스를 제공한다.
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1. EMI/EMC 용어 소개
EMI는 ‘Electro-Magnetic Interference’의 약자로서 전자파 장애, 전자파 간섭을 의미한다. 방사되거나 전도되는 전자파가 다른 기기로 영향을 끼치는 것으로, 제품의 오동작을 일으키게 만드는 원인 중 하나이다.
EMS는 ‘Electro-Magnetic Susceptibility’의 약자로서 외부 전자파에 대한 내성을 의미한다. 방사되거나 전도되는 전자파로부터 오동작을 일으키지 않고 동작할 수 있는 내성을 의미한다.
EMC는 ‘Electro-Magnetic Compatibility’의 약자로서 전자기 적합성, 전자파 적합성을 의미한다. 이 용어는 EMI와 EMS를 모두 포함하는 용어로, EMI가 잘 제어되고 EMS가 잘 되어 전파 환경이 쾌적한 상태를 의미한다.
2. 산업체 동향
최근 전기전자, 반도체, 자동차, 항공우주 등 다양한 분야에서 EMI/EMC 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. EMI 문제는 제품 기능의 다양화, 제품 크기 감소, 고속 동작 애플리케이션의 증가에 따라 심화되고 있다. PCB의 복잡도는 증가하고 사이즈는 감소되면서 전자기 커플링 효과가 커질 수 밖에 없게 되었고, 다양한 기능이 작은 PCB에 집적되면서 노이즈의 소스가 다양해졌다. 특히 안테나 등이 포함된 고출력 RF 무선 통신 기능이 접목되면서 EMI의 중요성이 더욱 강조되고 있다.
3. 시뮬레이션의 역할
그동안 전자제품의 EMI 분석 및 개선을 위해 측정이 지배적인 역할을 해 온 것이 사실이다. 그러나 측정을 하기 위해서는 제품을 직접 제작하며 테스트 환경을 구성해야 한다. 이 때 제품 제작 및 테스트 환경을 구성하기 위해 많은 시간과 비용이 발생하게 된다. 제품에 필요한 스펙을 충족하지 못할 경우 제품을 다시 설계하고 제작을 해야 하며, 어디서 문제가 발생했는지 찾기 어려운 경우가 있다.
이러한 문제는 시뮬레이션으로 해결할 수 있다. 시뮬레이션을 통해 가상 테스트 환경을 구축하고, 제품을 실제로 제작하지 않고도 성능을 확인할 수 있는 장점이 있다. 또한 제품 개발 단계에서 빠르게 성능을 확인하고 사전에 문제를 발견할 수 있다. 이로써 제품 개발 기간 단축 및 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
4. 앤시스 소프트웨어 조합
앤시스 전자기 제품에는 다양한 소프트웨어들이 존재한다. 이들 소프트웨어를 독립적으로 사용했을 때 어떤 해석이 가능하며 각각의 소프트웨어를 조합했을 때 어떤 해석이 가능한지 소개해 보고자 한다.
(1) HFSS를 이용한 해석
HFSS에서 3D 구조체에 대한 신호선의 손실, Crosstalk, EMI 방사량을 해석할 수 있다. 이 결과를 바탕으로 이상적인 사인파를 인가하여 방사되는 전자기장을 플롯할 수 있다.
<그림 1>은 두 개의 신호선에서 나오는 전기장을 플롯한 예시이다. <그림 2>와 같이 HFSS에서 Create Emission Test Report 기능으로 거리 별 Frequency Domain EMI 해석 결과를 얻을 수 있다. 이 때 인가되는 Default Input 값은 1V 사인파이다. 이상적인 소스원을 이용한 EMI 해석을 통해 어느 주파수에서 EMI가 증가하는지 경향을 확인할 수 있다.
그림 1. HFSS E-Field Plot
작성일 : 2021-10-01
