공통모드 전류 몇 µA면 CISPR 32 Class B를 넘을까? 케이블 계산 예시

케이블에 공통모드 전류가 몇 µA만 흘러도 방사 방출 시험에서 떨어진다는 말을 자주 듣습니다. 이 글은 짧은 케이블(헤르츠 다이폴) 모델과 CISPR 32 Class B 한도로 그 말을 실제 숫자로 확인하고, 시험소에 가기 전에 전류 프로브로 확인할 수 있는 측정값으로 바꿔 봅니다.

계산 모델

파장보다 충분히 짧은 케이블(L < λ/10)에 공통모드 전류 I가 흐를 때, 거리 r에서 접지면 위의 최대 전계는 대략 E = 1.257 × 10⁻⁶ · f · L · I / r 입니다(f는 Hz, L·r은 m, I는 A). 이 계수에는 개방 시험장이나 반무반사실의 접지면 반사(×2)가 이미 들어 있습니다. E가 주파수와 케이블 길이에 비례하므로, 케이블이 전기적으로 짧은 범위에서는 같은 전류라도 30 MHz보다 200 MHz에서 훨씬 불리합니다.

계산 예시: 30 MHz에서 1 m 케이블

1 m USB 또는 전원 케이블과 10 m 거리의 CISPR 32 Class B 한도를 생각해 봅시다. 30~230 MHz 한도는 준첨두값 30 dBµV/m, 즉 31.6 µV/m입니다. 30 MHz의 파장은 10 m라서 1 m 케이블은 정확히 λ/10이고 모델을 그대로 쓸 수 있습니다. 전류로 풀면 I = E · r / (1.257 × 10⁻⁶ · f · L) = 31.6 × 10⁻⁶ × 10 / (1.257 × 10⁻⁶ × 30 × 10⁶ × 1) ≈ 8.4 µA 입니다.

즉 1 m 케이블에 약 8.4 µA(18.5 dBµA)의 공통모드 전류가 흐르면 Class B 한도에 닿습니다. 보통 확보하는 6 dB 마진을 두려면 목표는 약 4.2 µA(12.5 dBµA)입니다.

주파수와 길이에 따른 허용 전류

모델은 전기적으로 짧은 케이블에서만 맞기 때문에 주파수가 높아질수록 쓸 수 있는 길이가 줄어듭니다. 아래 표는 모든 경우를 λ/10 이하로 맞췄습니다.

E = 1.257 × 10⁻⁶ · f · L · I / r (접지면 반사 포함)로 계산한 값입니다. λ/10을 넘으면 실제 케이블은 공진 안테나처럼 동작해 이 모델이 맞지 않습니다.

3 m 줄의 전류가 10 m 줄과 거의 같은 이유는 3 m 한도가 10 dB 높고, 거리 비 10/3이 약 10.5 dB이기 때문입니다. 원거리장 소스에서 3 m와 10 m 한도를 10 dB 차이로 환산하는 경험칙이 통하는 것도 같은 이유입니다.

전류 프로브 판정값으로 바꾸기

케이블 전체를 감싼 전류 프로브는 공통모드 전류를 바로 읽습니다. I(dBµA) = 수신기 측정값(dBµV) − 전달 임피던스 Z_T(dBΩ). 교정 성적서상 30 MHz에서 Z_T = 15 dBΩ인 프로브라면, 한도 전류 8.4 µA(18.5 dBµA)는 수신기 값 33.5 dBµV에 해당합니다. 6 dB 마진을 두려면 27.5 dBµV 이하를 목표로 합니다.

• 케이블 전체(모든 도체와 차폐)를 한꺼번에 감싸야 차동 전류가 상쇄되고 공통모드 전류만 측정됩니다.
• 프로브를 케이블을 따라 움직이며 최대값을 기록합니다. 정재파 때문에 위치마다 전류가 다릅니다.
• Z_T는 대표값 하나가 아니라 그 프로브 교정 데이터의 주파수별 값을 씁니다.
• 본 시험과 같은 검파기·대역폭(RBW 120 kHz, 빠른 스캔은 첨두값)을 써야 비교가 의미 있습니다.

대책을 고를 때 알 수 있는 것

µA 수준의 전류는 회로에 흐르는 mA 전류에 비하면 아주 작아서, 작은 불균형에서 생깁니다. 인덕턴스가 몇 nH인 접지 연결, 피그테일로 묶은 차폐, 커넥터 쪽 필터 누락 같은 것들입니다. 30 MHz에서 공통모드 임피던스를 약 100 Ω 더해 주는 페라이트 클램프는 소스 임피던스가 낮을 때 전류를 몇 분의 1로 줄일 수 있어서, 6 dB를 되찾는 가장 싼 방법인 경우가 많습니다. 프로브로 효과를 확인한 뒤 측정 불확도를 포함해 한도 대비 마진을 다시 확인하세요.