노이즈 억제 필터 가이드

노이즈 대책의 기본 [레슨 2] 노이즈 대응 방법

12/28/2010

소음 대책의 기본 <소음은 어떻게 발생하는가?

이전 시간에는 전자제품의 전자기 노이즈 문제와 노이즈 대책의 필요성에 대해 알아보았습니다. 가장 먼저 떠오르는 의문은 애초에 노이즈가 발생하지 않도록 제품을 설계하면 노이즈 대책의 필요성을 없앨 수 있지 않을까 하는 것입니다. 이렇게 제품을 설계하면 대책이 필요 없겠지만, 현실적으로 이런 설계를 구현하기가 쉽지 않습니다. 사실 디지털 회로의 신호 중 일부는 그 자체로 노이즈가 되기도 합니다.

구형파 신호(정해진 시간마다 두 값 사이를 오가는 사각형 모양의 파동)는 일반적으로 디지털 회로에 사용됩니다. 그러나 이러한 구형파에는 수많은 주파수 성분이 있습니다.

다음 그림은 사인파의 고조파(기본파의 적분 배수인 주파수를 가진 파동)가 서로 중첩된 예를 보여줍니다. 고조파의 수가 많을수록 구형파에 가까워진다는 것은 분명합니다. 구형파는 이러한 고조파가 반복적으로 중첩되어 생성되는 것에 해당합니다.

즉, 디지털 회로에서 사용하는 구형파에는 많은 주파수 성분이 포함되어 있고 주파수가 높은 성분이 많이 포함되어 있다는 것을 의미합니다.
교류 전류가 도체에 흐르면 어느 정도 전파로 방사되는데, 전류의 주파수가 높을수록 전파로 더 쉽게 방사됩니다. 이러한 이유로 고주파 방사는 노이즈 제어에 의해 규제됩니다. 위에서 디지털 회로를 통해 흐르는 구형파 신호 중 일부는 잡음으로 제어된다는 것을 알 수 있습니다. 즉, 디지털 회로가 작동하는 한 잡음파는 방출됩니다. 하지만 앞의 그림을 보면 고차 고조파를 포함하지 않더라도 어느 정도 구형파와 비슷하게 나오는 것을 알 수 있습니다. 따라서 디지털 신호 중 주파수가 높은 신호만 제거할 수 있다면 구형파에 가까운 파형은 그대로 유지하면서 잡음으로 문제가 되는 고조파 성분을 제거할 수 있을 것입니다. 이 접근 방식은 저역 통과 필터로 작동하는 EMI 억제 필터에서 사용됩니다. '고조파 성분을 제거하는' 작업은 조절이 어렵고, 너무 낮은 주파수까지 제거하면 신호 파형이 형태를 잃게 되어 디지털 장치의 동작 타이밍이 흐트러지거나 동작 오류가 발생할 수 있습니다. 반대로 주파수를 충분히 제거하지 않으면 노이즈 대책이 더 이상 적절하지 않게 됩니다. 그 결과, 다양하고 많은 노이즈 대책을 갖춘 부품이 출시되어 어떤 부품을 사용할지 파악하는 것이 중요해졌습니다.

<기타 소음원>

실제로 디지털 회로의 구형파 고조파 성분이 노이즈의 유일한 원인은 아닙니다. 스위칭 전원 공급 장치의 스위칭 노이즈, 모터의 브러시 노이즈 및 기타 여러 요인으로 인해 발생하는 다양한 종류의 노이즈도 존재합니다. 그럼에도 불구하고 신호가 전파로 방출되는 고조파 영역에서 노이즈를 제어하기 때문에 디지털 회로에 채택된 노이즈 대책과 마찬가지로 저역 통과 필터를 사용하여 노이즈를 처리하는 것이 일반적입니다.
다음 시간에는 저역 통과 필터 역할을 하는 노이즈 대책 부품의 원리에 대해 알아보겠습니다.

*이 글에 제시된 정보는 발행일 현재를 기준으로 작성되었습니다. 최신 정보와 다를 수 있습니다.

"소음 대책의 기초" 시리즈