1. Track Shield

Track Shield는 Clock배선이나 고속 신호배선에서 발생하는 방사노이즈를 줄여주는데 효과적입니다. 방사노이즈가 발생하는 이유는 다른 포스팅에서 다루었습니다. 기억 나시죠? 기억이 나지 않으신다면 아래 링크 에서 다시 한 번 확인해 보세요.

1) Track shielding 방법

• Track이란 위 그림처럼 Signal line을 의미합니다. 다르게 표현한다면 PCB에서 신호라인 또는 NET라고도 합니다.
• 방사노이즈는 이 track을 통해 외부로 방사가 되는 겁니다. 그렇다면 이 방사되는 노이즈를 막아주면 되는 겁니다.
• 위의 그림중에 ‘insufficient shield’라고 표시된 부분을 보면 이해가 되시죠? track shielding방법은 간단합니다. 방사노이즈가 발생될 수 있는 track 주변을 GND나 전원으로 감싸주면 됩니다. 다시말해 위의 그림에서 shield로 표시된 파란색 선을 GND나 전원(12V, 5V, 3.3V 등)에 연결하면 track(signal line)에서 발생하는 방사노이즈가 shield를 통과해서 방사되지 않습니다. 다시 말해 shield가 방사 노이즈를 흡수해 버리게 됩니다. 유의할 점은 위의 track shielding은 동서남북을 shielding한 구조로 위쪽이나 아래쪽으로 방사되는 노이즈까지는 막을 수 없습니다. 그래서 TOP면에서 방사되는 노이즈는 막을 수 없고 Bottom면에서 방사되는 노이즈는 track 아래층도 GND나 전원단으로 shielding을 하면 방사노이즈를 최소화 할 수 있습니다.
• 위의 그림에 표시가 되지는 않았지만 via를 이용해 shield를 하는 방법도 있습니다.
• 이상적인 track shielding 방법은 signal line과 shied line의 간격을 일정하게 유지 줘야 합니다.

2) Track shielding 효과는?

• 방사 노이즈를 대폭 줄일 수 있습니다. track에서 발생한 방사노이즈는 ground나 전원으로 shielding되어 있는 패턴으로 방사노이즈가 일정부분 수렴하게 됩니다. track과 shield 라인을 가깝게 하면 할수록 더욱 더 방사노이즈가 수렴하게 되기 때문에 shielding효과를 높일 수 있습니다.
• 실제 기업에서는 track shield의 경우 기본적인 PCB 설계 Check list에 포함하여 무조건 설계에 반영해야 하는 항목입니다. 제가 근무했던 회사도 마찬가지였습니다.
• track shield만 잘 설계해도 노이즈 레벨을 많이 줄일 수 있기 때문에 완벽한 track shield가 불가능하더라도 할 수 있는 만큼은 꼭 설계에 반영시켜 주세요. 제가 경험했던 가장 인상적인 track shield 방법은 PCB 패턴상으로 track shield가 불가능해서 bus bar라는 철판을 PCB에 dipping하면서까지 track shield를 했던 적이 있었습니다. 굳이 이렇게까지 한 이유는 PCB 구조상 track shield를 할 수 있는 물리적 공간이 나오지 않아 그 상태로 설계를 진행했었는데 최종 EMC 평가에서 그 부분에서 발생한 방사노이즈로 NG가 발생해 해결 방안으로 Bus bar를 dipping했던 기억이 있습니다. bus bar라는 부품을 추가하면서 까지 방사 노이즈를 줄였다는 것은 cost가 올라가는 좋은 해결방안은 아니지만 그때 당시 할 수 있었던 최상의 솔루션이었던 것 같습니다.
• 정리하자면 설계 초기 단계부터 track shielding을 반영해서 설계해야 합니다. 왜냐하면 예측할 수 없는 방사 노이즈가 어떻게 발생할지 모르기 때문에 설계 초기단계부터 미리 예방차원의track shielding이 필요합니다. 보통 EMC 설계의 흐름은 할 수 있는 모든 솔루션들을 미리 PCB설계에 반영해 놓고 그 후 평가에서 NG가 발생하면 NG의 원인을 분석 한 다음에 그 제품에 최적의 솔루션을 찾는 방향으로 가야 합니다. 그래서 EMC설계와 해결에는 많은 경험이 필요합니다.

3) PCB 설계시 Track shielding 방법 (이글캐드)

• PCB를 설계할 때 Track shielding방법은 간단합니다. PCB설계 툴마다 사용법은 다르지만 저는 이글캐드(Eagle cad)로 설계하는 방법을 가르쳐 드리겠습니다. 앞으로도 이글캐드를 기준으로 알려드릴 예정입니다.
• 아래 그림대로 따라하시면 Track shielding을 간단하게 하실 수 있습니다. Track Shield는 GND나 전원을 이용하지만 저는 기본적으로 GND를 이용합니다.

• 위의 그림을 보면 Ratsnest버튼을 누르게 되면 Track과 일정한 간격으로 GND가 Track shielding 됩니다. 간단하죠?  그럼 다음 포스팅에서는 다른 방법의 PCB EMC강건설계 방법에 대해서 알아보도록 하겠습니다.