BIPA산업기술교육센터

부천산업진흥재단에서 PCB 설계 교육을 담당하고 있는 정성인 강사님께서 교육생들의 이해를 돕기 위해&nbsp; 정기적으로 관련자료를 업데이트 할 예정이니, 참고하시기 바랍니다. 본 게시물의 저작권은 작성자에게 있으며, 출처를 밝히는 경우 배포가 가능합니다.
&nbsp;
&nbsp;전자부품의 배치 기술 (3)&nbsp;
&nbsp;
전자부품의 배치 기술은 수학이나 물리처럼 수치로 계산하여 정확한 해답을 산출할 수는 없다. 그러나 전자부품의 배치 방법은 논리적인 접근으로 설명할 수 있다. 전기전자분야에서 사용하고 있는 PCB는 전압이나 혹은 전류를 재생산하기 위해 다양한 전자부품과 그리고 부품 단자간의 트레이스로 구성되어 있다.
 
여기서 가장 중요한 점은 부품 간이나 부품 단자 간에 전기적?자기적 현상이 발생하고 있다는 것이다. 이것은 매우 중요한 개념으로 맥스웰 방정식이 기본 바탕이 된다. 맥스웰(Maxwell)이 등장하기 이전의 물리학자들은 전기장과 자기장이 별도의 개념으로 생각하고 있었다. 그러나 맥스웰의 등장은 기존의 통속적 개념을 완전히 변화시키는 전환점이 되었다. 즉 맥스웰의 생각은 전기장이 변하면 자기장이 생성되고, 자기장이 변하면 결국에 전기장이 생성된다는 사실을 수학적으로 증명하였다. 
 
이 의미는 기판에는 다양한 전자부품의 존재와 그들 상호간에 연결된 트레이스가 형성되어 있는데, 이들 모두는 전기적 현상과 자기적 현상을 지니고 있다는 것이다.
 
그러므로 전자부품의 배치는 다양한 부품의 특성을 이해할 필요가 있다. 부품의 특성을 이해한다는 것은 전자부품을 수월하게 배치할 수 있다. 
 
예를 들면, 발열 부품을 배치할 때, 대부분 기판 설계자는 기판의 맨 위층(Component Side)에 배치하거나 커넥터 근처에 배치하는 경향이 의외로 많다. 그 부품에 대한 특성을 이해하고 있다면, 기판의 위층이 아닌 맨 아래층(Solder Side)에 배치할 수 있으며, 커넥터 근처가 아닌 로직 IC들 영역에 배치할 수도 있는 것이다. 혹은 기판의 중앙에도 배치가 가능하다.
또 다른 예를 들면, 고속으로 전송되는 신호 라인 근처에 다른 부품이나 비아(Via)가 존재한다면 신호 파형이 왜곡(Distortion)되는 결과를 초래할 수 있다. 이것은 고속신호라인 근처에 부품이나 비아 등이 형성되어 있으면, 그 고속신호의 리턴경로(Return Path)를 충분히 제공하고 있지 못하므로, 신호의 파형이 찌그러지는 현상이 발생하는 것이다. 이러한 근거는 고속신호에서는 유도성분이 용량성분보다 훨씬 강하게 나타나기 때문이다. 
 
흔히 EMI 개선을 위해서는 아날로그 회로와 디지털 회로를 분리하여 배치해야 한다고들 한다. 대부분 하드웨어 설계자나 기판 설계자는 하나의 기판에 이들 두 회로가 혼용되어 있을 경우에 분리해야 한다는 것을 알고 있지만, 정확히 왜 분리해야 하는지에 대해서는 다소 이해가 부족한 것이 현실이라 생각한다. 
 
앞에서 언급한 바와 같이 맥스웰의 개념을 도입하면 두 회로의 성질이 서로 다르므로 커플링(Coupling)이나 유도성이 유발될 수 있기 때문이다. 성질이 비슷한 회로에서는 하나의 그라운드로 사용해도 회로의 동작 특성에 큰 영향을 끼치지는 못한다. 그러나 성질이 서로 다른 회로가 하나의 기판에 존재하는 경우에는 이야기가 달라진다. 
 
다시 말해서 하나의 기판에 혼용 회로가 존재하는 경우에는 하나의 공통 임피던스(Common Impedance)가 연결되어 있으므로 불필요한 노이즈 성분이 상호 유기되어 두 회로 중의 하나가 문제가 야기될 수 있다. 일반적으로 아날로그 회로에서 문제가 되는 경우가 더 많다. 
 
그 이유는 아날로그 회로는 신호 파형이 찌그러지면 원상유지가 되기 어렵다. 또한 그라운드 레벨이 디지털 그라운드와 다르므로 약간의 그라운드에 바운스(Bounce)가 발생하게 되면 아날로그의 오프셋(Offset) 값의 변화로 정밀한 측정값을 얻을 수 없게 된다.
 
전자부품을 배치할 때 몇 가지 기술적 내용을 정리하면 다음과 같다. 
 
○ 회로도의 특성을 충분히 숙지해야 한다. 
 
○ 전압이나 전류 혹은 주파수 등의 특성을 이해해야 한다. 
 
○ 발열 부품이나 노이즈에 민감한 부품 등을 파악해야 한다. 
 
○ 회로도를 기능별로 분류해야 한다. 
 
○ 성질이 서로 다른 회로도를 기능별로 분류한다.(전원부, 아날로그부 등) 
 
○ Schematic Drawing도 기능별로 작도할 필요가 있다. 
 
○ 기능별 배치는 전체 신호라인의 길이를 줄일 수 있으며, 방사 노이즈(Radiated Emission)를 억제하는데도 매우 큰 효과를 얻을 수 있다. 
 
○ 전자부품을 배치할 때, 파워/그라운드를 고려해야 한다. 
 
○ 파워/그라운드를 고려한 배치는 파워/그라운드의 특성에 따라 달라지며 층 구조가 형성될 만큼 중요하다. 
 
○ 특히 배치 구조의 특성에 따라 그라운드 설계에 많은 영향을 미친다.


	HOME > 참여공간 > 자료실

제목	[Chapter_4] 전자부품의 배치 기술(3)
작성자	관리자
작성일	2015-11-26 오후 2:56:31
내용