의사 결정권자들은 개발자에게 “이 방출 한계선을 통과해야 한다”거나 “그 정도 수준의 RF 간섭에 노출되었을 때 제품이 문제없이 동작해야 한다”고 주문할 뿐이다. 더 이상의 설명은 없다. 그러면 개발자들은 고개를 갸웃거리며 “그냥 그렇게 믿고 따라야 하나보다”하고 받아들이거나 “이게 정확히 무슨 의미인지 꼭 알아봐야겠다”고 생각할 수도 있다. 이 글에서는 두 번째 선택지인 “이것이 무엇을 의미하는지”에 대해 살펴보고자 한다.
EMC의 시작
전자기기와 전기 시스템이 서로 간섭을 일으키기 시작하자마자, 전 세계는 어떤 합의에 도달할 필요가 있었다. 물리 법칙은 보편적이며 전기·전자 제품이 어떤 국가에서 사용되든 상관하지 않기 때문에, 모든 것이 동일해야 할 것처럼 보인다. 실제로 이는 거의 그렇지만 완전히 동일하지는 않다. 중요한 첫 단계는 우리가 (즉, 우리의 제품이) 얼마나 많은 RF 노이즈를 합리적으로 방출할 수 있는지, 그리고 얼마나 많은 수준까지를 합리적으로 견딜 수 있어야 하는지 식별할 수 있어야 한다는 데 합의하는 것이었다. 정확하게 측정하고 비교하기 위해서는, 동등한 제품을 어떻게 시험할 것인지에 대해 합의해야 한다. 그 다음에야 수준과 한계를 정할 수 있다.
높은 방출 한계값과 높은 내성 레벨 시나리오
우리는 상당히 높은 방출 수준을 기준으로 정하고, 모든 제품이 매우 높은 내성을 갖도록 만들기로 결정할 수도 있었을 것입니다. 그러나 제품에 수신기가 포함되어 있고, 많은 RF 노이즈 속에서 자신의 무선 신호를 식별해 내야 하는 경우에는 이러한 접근 방식이 바람직하지 않다. 또한 제품의 내성을 매우 높게 만드는 것 자체도 어렵다. RF 노이즈는 케이블로 쉽게 그리고 효율적으로 결합되어, 의도된 통신을 방해할 수 있기 때문이다.
낮은 방출 한계값과 낮은 내성 레벨 시나리오
반대의 경우도 그리 바람직하지 않다. 만약 규제 기관이 제품에 매우 낮은 방출 수준을 요구해 모든 기기들이 높은 내성을 갖출 필요가 없어진다고 해도, 이 또한 문제다. 예를 들어, 수 킬로미터 떨어진 곳에 번개가 치더라도 큰 영향을 받을 수 있다. 번개는 전자 시스템에 광범위한 주파수 대역에 걸쳐 강한 과도응답 간섭을 유발할 수 있기 때문이다. 자연계에는 다양한 간섭원이 존재하며, 제품이 예상치 못한 방식으로 동작할 경우 그 결과는 치명적일 수 있다.
핵심은 EMC 방출과 내성의 절충
핵심은 균형을 맞추는 것이다. 우리는 방출은 최소화하고 내성은 최대화하기를 원한다. 하지만 두 가지 모두 비용이 수반되며, 그 부담은 제조사가 지게 되고 결국 소비자에게 전가된다. 이러한 비용에는 고가의 필터, 초크, 차폐 케이블, IC 차폐 구조, 금속 인클로저, 그리고 내부 및 외부 통신 방식 선택의 제한 등이 포함될 수 있다. 따라서 최소한의 비용으로 EMC 성능을 극대화하는 제품 설계를 활용하는 데 초점을 맞춰, 세심하게 설계하는 것이 무엇보다 중요하다.
레벨에 대한 이해
그림 1. 자동차 배터리의 정적 전계 강도
국제 표준화 기구로서 IEC 설립
1906년, 국제전기기술위원회(IEC)가 설립되었다. 당시에는 전기 단위, 용어, 장비에 대한 표준을 정립하기 위한 국제 기구의 필요성이 인식되었다. 이는 19세기 후반 전기 기술이 급속히 발전한 데 따른 대응이었다.
IEC는 전 세계 각국 위원회들을 하나로 모아 전기 산업 전반에 걸쳐 공통된 기술 언어를 구축했다. 이후, 보다 구체적인 기술과 제품 분야를 다루기 위해 추가적인 표준화 기관들이 설립되었다.
그림 2. 제품으로부터 10m 떨어진 거리에서 방출 특성을 측정하는 모습
레벨과 한계값은 어떻게 정해야 할까?
사실을 말하자면, 이것 역시 여전히 절충의 결과다. 표준은 그 시대적 배경을 반영한다는 점을 기억해야 한다. 초기에는 진폭 변조(AM) 방송 수신기가 전기적 방출 한계값을 결정하는 데 중요한 역할을 했다. AM 수신기는 방사된 에너지의 피크 엔벨로프를 복조해 이를 소리로 변환한다. 즉, 장비에서 발생하는 간섭을 AM 라디오를 통해 실제로 들을 수 있었다는 의미다. 노이즈 플로어를 측정하는 것도 간단하지 않다. 측정 대역폭, 검출기 유형, 측정 거리, 안테나 등에 대해서도 합의해야 하기 때문이다.
약 20 ~ 40dBμV/m 수준의 전계 강도를 갖는 노이즈 플로어는 드문 일은 아니었지만, 무반사 챔버나 교외 지역에서는 이보다 낮은 수준도 달성할 수 있다. 특정 주파수 대역에서는 10m 거리에서 9kHz 대역폭 필터링 조건 기준으로 40dBμV/m의 한계값이 합리적인 수준으로 간주되었다. 이는 단지 100μV/m의 필드 강도에 해당한다. 이를 10V/m 또는 140dBμV/m의 내성 시험 레벨과 비교하면, 허용 방출 기준보다 무려 10만 배 더 높은 수준임을 알 수 있다.
이러한 예시 값들은 일부 산업용 주파수 대역에 적용되며, 기준선 역할을 한다. 다만 표준은 표준 검토 회의에서 이루어진 절충의 결과라는 점을 기억해야 한다. 즉, 충분한 문서화와 타당한 근거가 제시된다면 변경안이 논의될 수 있다. 때로는 새로운 기술을 반영해야 하며, 시대에 뒤떨어진 기준이나 참조 항목은 제거할 필요도 있다.
또한 이러한 표준들 중 상당수는 무료가 아니다. 표준화 기관 운영을 위한 재원 마련을 위해, 대부분의 기여자들은 자발적으로 자신들의 시간을 들여 고품질 문서를 유지하고, 합리적인 한계값과 레벨을 수립할 뿐만 아니라, 자신이 속한 기업의 이해관계 역시 고려한다.
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