노이즈 - 노이즈의대책 (내노이즈성 EMC)

노이즈 - 노이즈의대책 (내노이즈성 EMC)

 

 

1. 전자기기의 동작을 불량하게 하는 노이즈

우레 서지와 같이 기기를 파괴하지는 않지만 데이터 오염의 경우와 마찬가지로 프로그램이 변하면 정상 작동하

지 않는 치명적인 고장이 발생한다(그림 4). 대부분의 경우 리셋하거나 전원을 다시 켜는 것으로 초기 상태로 복귀할 수 있지만 그 시점까지의 처리결과가 소실된다. 이 문제는 최근 전자기기의 대부분이 마이크로 컴퓨터를 내장시킨 디지털 회로로 구성되어 있다는 데 기인한다. 그러나 예전에는 아날로그 회로로 구성된 전자기기의 경우 순간 정상 작동되지 않더라도 그대로 방치해 두면 자연히 정상적으로 복귀되는 것이 일반적이었다.

그러면 왜 디지털 회로는 자연히 원상태로 복귀되지 않는 것일까? 이 의문을 해결하기 위해서는 디지털 컴퓨터 구조에 대한 약간의 설명이 필요하다.

오늘날 디지털 컴퓨터의 원리는 1946년 폰 노이만이 제안한「스토어드 프로그램(프로그램 내장) 방식」에 기초하고 있다. 즉 컴퓨터에 처리시키려는 내용을 미리 프로그램이라는 형태로 컴퓨터 내부에(ROM 이나 하드디스크에 기록함으로써) 기억시켜 놓고 실행시에는 그 기억을 판독하여 고속으로 처리하게 된다. 이는 기억시키는 프로그램 내용을 변경하는 것만으로 여러 가지 처리동작을 실시할수 있는 편리한 방법이다. 따라서 범용 컴퓨터나 PC에서도 휴대전화에 내장돼 있는 마이크로 컴퓨터에서도 모두가 같은 구조로 작동하고 있다.

그런데 만일 여기서 기억돼 있는 프로그램이 노이즈에 의해 기록이 변경되면 어떻게 되는 것일까? 기록이 변경된 프로그램을 고속으로 반복하게 되는 것은 설명의 여지가 없을 것이다. 이는 프로그램은 간단히 재기록할 수 있는 반면 한번 변경하면 원래의 값을 상실하기 때문이다.

따라서 프로그램에 대해서는 데이터 상태일 때 이상으로 노이즈 대책을 강구할 필요가 있다.이에 반해 아날로그 회로는 회로 구성이나 회로 정수 등으로 기능을 결정하고 있어 회로를 변경하지 않는 한 동작은 변하지 않는다. 노이즈로 인해 한순간은 정상 작동하지 못해도 원래 회로는 변하지 않고 있으므로 노이즈가 수습되면 자연히 원래의 정상 기능으로 복귀되는 것이다.

인터넷에서 문제가 되고 있는 바이러스 오염도 고의로 발생시킨 노이즈로서 이것이 컴퓨터에 잠입하면 데이터를 오염시키는 것은 물론이고 프로그램까지 변경시키거나 소실시키므로 곤란하다.

기억시킨 프로그램이 없어진 컴퓨터는 쓸모 없는 상자에 불과하게 된다. 바이러스라는 노이즈는 컴퓨터의 가치를 한순간에 쓰레기로 전락시키므로 오염되지 않도록 충분히 주의해야 한다.

 

2. 노이즈는 보이지 않아 곤란한 존재

노이즈는 주로 전자기기가 작동할 때 발생하는 불유쾌한 전기(전파) 라고 이미 설명한 바 있다. 그런데 만일 이 노이즈가 누수처럼 볼 수 있는 것이거나 가스 누설과 같이 냄새나는 것이라면 이 연재를 쓸 정도로 문제가 되지는 않았을 것이다.

노이즈의 존재는 육안으로는 보이지 않으며 무취다. 전용 측정기를 구사하거나 운이 좋으면 볼 수 있을지 모르지만 노이즈를 발견하려면 행운이 따라야 한다. 그 이유는 노이즈가 언제 어디서 발생할 것인지 알 수 없기 때문이다. 이것을 알 수 있는 노이즈라면 이미 대책은 간단히 해결될 것이다. 또한 노이즈가 항상 계속적으로 발생하는 전자기기에 대해서는 원래 설계 불량이라고밖에 할 수 없을것이다.

노이즈 대책의 경험을 축적하면 노이즈가 숨어 있을만한 장소나 발생하는 타이밍 등을 추측할 수 있게 된다고 한다. 그러나 그 정도로 경험을 축적한 노이즈 전문가는 그리 흔치 않다. 일찍이 아날로그 회로 전성시대에는 노이즈가 일상적인 것이어서 특별히 노이즈 대책에 대해 말하지 않더라도 상식적으로 대책을 강구해 왔으나 디지털 회로가 등장한 이후 노이즈 대책을 세우는 데 태만해진 것이다. 다시말해 이는 디지털 회로의 동작이 안정돼 있다는 것을 뒷받침하고 있다.

디지털 회로에서는 0V ∼5V 의 전원전압 범위를“ 0”과 “ 1 ”단 2개의 정보를 표시하기 위해서만 할당한다. 가령 가운데 2.5V에 경계가 설정돼 있다고 하면 0V∼2.5V 범위의 전압이면“ 0”, 2.5V∼5V의 범위이면“ 1 ”을 표시하게된다. 1V에서도 2V에서도“ 0”을 표시하고 2.6V나 4.5V에서도“ 1 ”이 되는 것이다. 이같은 대략적인 결정방법의 신호이므로 다소 노이즈가 혼입되었다고 해도 값을 반전시키지는 못한다.「디지털 회로의 경우 배선이 연결돼 있으면 누가 만들어도 반드시 움직인다」는 것이 디지털 회로 등장 무렵의 슬로건이었다. 다시 말해 아날로그 회로에서는 같은 회로를 같은 부품을 사용하여 제작해도 부품의 레이아웃이나 배선방법의 차이로 성능에 미묘한 차이가 발생한다.

그런데 디지털 회로도 스피드가 계속 향상되어 현재 PC의 클록 주파수와 같이 수백MHz가 되면 누가 만들어도 움직이지는 않게 됐다. 즉 중파 라디오(AM 방송) 가운데 부근이 1MHz( 관동지방에서는 TBS 라디오가 0.954MHz), FM 방송상 외곽 부근이 100MHz, 텔레비전 4채널 부근이 200MHz, 택시 무선이 400MHz, 휴대전화가 800MHz 등이다. 이와 같이 방송전파로 실용되고 있는 것과 같은 정도의 주파수로 작동하고 있는 전자기기에서는 같은 주파수의 방해파가 노이즈로 누설돼도 이상할 것이 없다.

이제 디지털 회로도 안정되게 작동하려면 일찍이 아날로그 회로에 요구됐던 것과 같은 정도의 노이즈 대책이 필요하게 됐다. 따라서 디지털 회로시대인 지금 노이즈 대책이 다시 부각되고 있는 것이다.

 

3. 노이즈와의 공존 기도

< Pig01. EMC >

 

전자기기에는 노이즈 원인이 되어 다른 전자기기에 영향을 미칠 가능성과 주위의 전자기기가 발하는 노이즈 영향을 받을 가능성의 양면성이 존재한다( Pig01 ). 이들은 어떤 한쪽의 대책만을 강구하면 되는 것이 아니라 양쪽의 밸런스가 매우 중요하다.전자기기의 경우 전기로 작동되고 있는 이상 주위에 전기적 노이즈를 발하는 것이 당연하며, 작동 속도가 고속화되면 될수록 그 노이즈는 더욱 증대된다. 한편 전자 디바이스의 고집적화, 저전원전압화 등 주위에서 노이즈 영향을 받기 쉬워지는 경향도 있다. 이에 주위의 전기적 노이즈(방해파) 발생은 가급적 줄이는 대책을 강구하게 되는데, 전자기기 자체의 내노이즈성을 높일 수 있으면 다소의 노이즈가 있더라도 정상 작동하는 것이 가능해진다.

이와 같은 사고방식에 입각하여 전자기기에 무용한 노이즈가 함부로 발생되지 않도록 하는 것은 물론이고, 노이즈의 영향을 다소 받은 상태에서 정상 작동하지 못하는 내노이즈성을 전자기기에 부여하여, 이 양자의 밸런스로 건전한 노이즈 대책을 세우는 방식이 현재로서는 일반적이다. 이것을 EMC(Electric Magnetic Compatibility：전자환경양립성) 라고 한다( Pig01 ).