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노이즈 억제 필터 가이드
노이즈 대책의 기본 [레슨 3] 노이즈 필터의 원리
노이즈 대책의 기본<노이즈 필터는 저역 통과 필터입니다>
이전 2강에서는 디지털 기기에서 문제가 되는 노이즈는 주로 디지털 신호의 고주파(RF) 성분에 의해 발생한다고 설명했습니다. 따라서 저주파 신호는 통과시키지만 고주파 신호는 통과시키지 않는 저역 통과 필터를 사용하여 이 노이즈를 제거할 수 있다는 것을 이해했습니다.
저역 통과 필터로 작동하는 회로 요소에는 인덕터(코일)와 커패시터가 포함됩니다. 공식 1에서 볼 수 있듯이 인덕터는 저주파 성분에 대해서는 낮은 임피던스(저항과 같은 특성으로 임피던스가 증가할수록 신호가 통과하기 어려워짐)를, 고주파 성분에 대해서는 높은 임피던스를 가집니다.
공식 1 |Z|=2π・f・L(Z: 임피던스, f: 주파수, L: 인덕턴스)
따라서 노이즈 경로에 인덕터를 직렬로 삽입하면 저주파 신호 성분은 통과하기 쉽고 고주파 노이즈 성분은 통과하기 어렵게 됩니다.
반면 커패시터는 인덕터와 반대되는 특성을 가지며 저주파 성분에 대해서는 높은 임피던스를, 고주파 성분에 대해서는 낮은 임피던스를 나타냅니다.
공식 2 |Z|=1/(2π・f・C) (Z: 임피던스, f: 주파수, C: 정전기 용량)
이러한 특성을 이용해 저역 통과 필터를 구성하려면 노이즈 경로와 GND 라인 사이에 커패시터를 삽입합니다. 이 경우 저주파 신호 성분은 그대로 통과하지만 고주파 노이즈 성분은 임피던스가 낮은 GND 측으로 빠져나가므로 신호 경로를 따라 쉽게 통과하지 못합니다.
위의 두 가지 요소는 가장 기본적인 저역 통과 필터이며, 이러한 요소를 조합하여 더 높은 성능의 저역 통과 필터를 구성할 수 있습니다.
<필터 요소 수 및 주파수 특성>
그림 3은 필터를 구성하는 소자 수와 필터 주파수 특성 간의 관계를 보여줍니다. 삽입 손실은 필터로 인한 신호 감쇠 정도를 나타내며, 그림에서 위에서 아래로 갈수록 감쇠량이 증가합니다. 그림은 필터 요소의 수가 증가함에 따라 주파수 특성 기울기가 가파르게 변하는 것을 보여줍니다. 요소 수가 적은 필터는 주파수 특성이 완만한 기울기를 가지므로 감쇠할 주파수와 통과할 주파수에 대한 선택성이 낮습니다. 따라서 신호의 일부가 감쇠되거나 노이즈가 충분히 감소되지 않을 수 있습니다. 반면, 요소가 많은 필터는 가파른 주파수 특성을 가지므로 높은 주파수 선택도를 나타내며 신호를 크게 감쇠시키지 않고도 노이즈를 제거할 수 있습니다.
대부분의 EMI 억제 필터는 이 저역 통과 필터 방식을 기반으로 만들어지며, 노이즈 제거 효과를 높이기 위해 다양한 기법이 사용됩니다.
다음 칼럼에서는 일반적인 EMI 억제 필터를 소개합니다.
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