전송장치 현황
정보통신 환경이 고도화되면서 전송장치를 수용하는 함체 구조도 크게 변화되고 있다. 전송장치는 크게 액세스계 가입자장치와 기간계 장치로 나눌 수 있다. 액세스계 가입자 장치는 다기능화/고밀도화가 진행되고, 또한 설치환경/서비스의 다양와 경향에 따라 개별환경 요구에 맞는 함체를 개발할 필요가 있다.
따라서, 그동안 요구에 없었던 전자환경의 실현이 필요하다. 기간계 장치에서는 고속화/고밀도 실장화가 진전되면서 수용회선수/장치의 총발열량 등이 증가하고 케이블의 수용 방열성과 EMI 대책의 양립이 필요하다.
1. 액세스계 가입자장치
장치에 따라 적용환경/수용회선수의 변수가 달라지며 함체도 이에 따라 개별 설계를 행하고 있다. 기본적으로는 금속 함체를 이용하여 전자실드를 실현하고 있지만, 개폐부의 전자 실드부재 등을 장착할 공간은 적고 주로 본체의 형상을 연구하여 노이즈 누설을 억제하고 있다.
나아가 함체는 내부 실장품과 절연구조로 하고 통신 케이블로부터의 유도 낙뢰에 의한 보호도 실현하고 있다.
양산 효과가 전망되는 장치에서는 플라스틱 함체를 채용하고 PCB에서 효과를 발휘할 수 있도록 그랜드의 안정이 도모되는 EMI 대책을 강구하고 있다. 플라스틱 함체 내면에 도전성 도금 등은 전자 실드 대책에 효과가 있지만, 생태학적 측면에서 그다지 채용되지는 않고 있다.
2. 기간계 전송장치의 구조
기간계 전송장치는 스테인리스를 이용한 전자 실드 함체와 전자 실드 유닛과의 병용을 통해 대책을 마련하고 있다.
전자 실드 함체는 프레임부와 전후의 개폐부가 있으며, 개폐부에는 전자실드부재를 장착하여 간극에서 누설되는 노이즈를 억제하고 있다. 나아가, 전자 실드 함체의 케이블 도입구는 함체 상부 및 하부에 설치되어 각각 도전성 건착(巾着)을 장착하여 도입구의 전자 실드를 하고 있다.
전자 실드 유닛은 정면에 탈착 가능한 일체형 전면판을 가지고 있으며, 전자 실드부재로 전자 실드을 하고 있다. 배면에서는 전자 실드 커넥터 등의 그랜드 접속을 빈틈없이 하기 위해 금속판을 장착하고 있다.
요구조건과 전자 실드
통신의 신뢰성을 유지하기 위해서는 장치 요구조건의 변화에 따른 전자 환경에 대한 대응이 필수적이다. 아래에 현재 어떠한 요구조건 하에서 EMI 대책이 실시되고 있는지 소개한다.
1. 서비스의 다양화
하나의 장치에 다른 서비스 기능을 가지는 인터페이스반을 실장한 경우에 있어서도 장치의 운용(작업성, 보수성)을 쉽게 할 필요가 있다. 인터페이스반의 증설시 케이블수 증가의 용이성을 고려하여 케이블에 코어 등을 장착하기란 불가능하다. 따라서, 장치로 구성된 경우에 EMI 규격을 만족하기 위해서는 각 모듈 단위에서의 전자 실드 대책을 마련할 필요가 있다. 함체에서 전자 실드는 물론이고, 특히 PCB의 접속 케이블에 전자 실드 대책을 마련하는 것이 중요하다.
2. 설치환경의 다양화
전송장치는 현재 실외 및 사무실, 나아가 가정에도 설치되고 있다. 따라서 당연히 설치환경 변화에 따른 새로운 전자환경의 실현이 필요하다. 환경변화에 따라 함체를 구성하는 재료 및 함체 구조의 변화가 요구되고 있다. 함체에서 전자 실드 효과를 실현하는 것은 대책방법으로 제약적이기 때문에 PCB 중심의 전자 실드 대책이 된다. 함체에서는 안정된 그랜드를 PCB에 제공하고 그랜드의 불연속성을 억제하고 있다.
3. 실장에 있어서의 과제
기존부터 존재하던 방열성/케이블 수용성은 정보통신 기기의 고도화에 따라 극복하지 않으면 안될 것들이다. 양자 모두 EMI 측면에서 보면 노이즈 누설과 방사원이 될 수 있는 요인이 된다. 예를 들어, 방열성 향상을 위해 PCB 상에서는 LSI 등의 냉각효율을 촉진시키는 히트싱크를 이용한다. 그러나, 이 히트싱크도 그랜드 접속방법에 따라 노이즈 발생원이 된다. 또, 케이블 측면에서는 함체 내 케이블에서의 전자 노이즈가 외선 케이블에 커플링되는 것을 억제하고 또한 케이블 조작성을 쉽게 하기 위해 케이블 배치를 고려하고 있다.
예를 들어, 기간계 전송장치에서는 함체 내 전원배치 케이블을 양 사이드내에 설치하고 그 외의 케이블은 전원 배치 케이블과 떨어뜨려 양 사이드에 배치한다. 나아가, 외부와의 접속 케이블은 조작성 향상을 위해 함체 배면에 배치한다. 이처럼 전자 실드 대책으로서 기본적인 것을 확실히 하는 것이 중요하다.
전송장치의 회로구성
대표적인 전송장치인 SDH(Sync hronous Digital Hierarchy) 다중변환장치의 회로구성을 위 그림에 제시했다. 전송장치의 회로 특징은 아래와 같다.
(1) 회선수가 많기 때문에 입출력 케이블의 개수가 많다
(2) 필요 이상 긴 구성으로 PCB 수가 많다.
(3) 클록 공급부에서 각 PCB에 클록을 공급하고 있어 백플레인에 있어서 클록 배 선이 많다.
EMI 측면에서 본 경우, (1)은 장치 내부에서 사용하고 있는 클록 성분이 케이블에 중첩하여 장치 밖으로 인출되기 때문에 장치와 케이블의 접속점에서 EMI 대책이 중요하다. 또한 (1), (2), (3)에서는 PCB의 수가 많아 에너지가 큰 클록 배선이 많기 때문에 클록에 대한 EMI 대책이 중요하다.
방사 노이즈의 발생원과 전반경로
공간으로 방사되는 노이즈는 전자 부품의 리드선, 인쇄 패턴 및 금속 케이블 등의 배선에 고주파 전류가 흐르는 것에 의해 발생한다. 아래 그림은 방사 노이즈의 발생원인 디지털 회로의 예이다.
1. 장치 내부
위 그림 에는 3개의 방사원이 있다. 하나는 바이패스 콘덴서 C1에 흐르는 신호전류 is가 인쇄 패턴 및 LSI 등의 부품의 리드선을 흐르는 것에 의해 발생하는 전자방사 E1이다. 다음은 전원 라인(Vcc)에 흐르는 고주파 전류 is1에 의해서 생기는 전자방사 E2이며, 세 번째는 그랜드 임피던스 Zg에 신호전류가 흘러서 발생하는 두 점간의 전위차(Vg)에 따라서 발생하는 전자방사 E3이다.
2. 금속 케이블에서의 전자 방사
금속 케이블은 인쇄 패턴과 비교하면 배선길이가 매우 길기 때문에 인쇄패턴에서 문제가 되지 않는 미소전류라도 방사가 문제를 일으킨다. 케이블을 흐르는 고주파 전류는 위 그림에서 볼 수 있듯이 다음의 4가지 경로에서 들어온다.
a. 금속 케이블에 흐르는 신호전류
b. 회로의 그랜드를 통해 전달되는 노이즈로 그랜드 임피던스 Zg에서 발생하는 전위 Vg, 스위칭 전원의 고조파 성분 등이 있다.
c. 회로의 전원 라인을 통해 전달되는 노이즈로 전원 라인에 흐르는 고주파 전류 스위칭 전원의 고조파 성분 등이 있다.
d. 장치 내부에서 발생한 방사 노이즈(E1, E2, E3)가 공간으로 전달되어 케이블 접속부의 패턴, 커넥터 등에 커플링된다.
3. 방사레벨
전자 방사의 수준의 정규모드(normal mode)에서는 배선에 흐르는 고주파 전류와 고주파 전류가 흐르는 루프 면적에 비례하며, 고주파 전류 주파수의 제곱에 비례한다. 커먼모드(common mode)에서는 배선에 흐르는 고주파 전류와 배선 길이 및 고주파 전류 주파수에 비례한다.
4. 정규모드와 커먼모드
E1과 같이 루프를 흐르는 전류에 의해 발생된 전자 방사는 정규모드방사(또는 차동모드방사)라 하며, E3과 같이 공통 전위에 의해서 발생하는 전자 방사는 커먼모드방사라 한다.
①은 정규모드이다. ②,③,④는 커먼모드이지만 구동회로 및 케이블의 각 심선이 지면과 완전히 평형이 아니기 때문에 ②,③,④의 성분은 일부 정규모드로 변환한다. ②,③,④의 경로가 있기 때문에 금속 케이블에서 전달되는 신호가 저속이라도 EMI의 문제가 발생한다.
함체 메이커
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Rittal Co.,Ltd.
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