노이즈(EMC) 입문

전도 노이즈가 전달되는 방법(모드)에는 디퍼렌셜 모드와 코먼 모드의 2타입이 있다. 디퍼렌셜 모드로서 전해지는 신호 전류는 통과시키고 코먼 모드의 노이즈 전류만을 선택적으로 제거하는 것이 코먼 모드 필터의 역할이다.USB와 IEEE1394 등의 고속 디지털 인터페이스 등에서 대활약하고 있는 노이즈 대책 부품이다.전도 노이즈의 타입을 우선 파악하는 것이 포인트우리 주변의 전자 기기는 많든 적든 방사 노이즈의 발생원이 되고 있으며, 이 사실은 간단한 방법으로 확인할 수 있다. 가령 포터블 라디오를 가동 중인 컴퓨터나 텔레비전에 가까이 가져가면 잡음을 내며 수신 장해가 일어난다. 배터리 구동 디지털 카메라도 방사 노이즈의 발생원이 되는 것을 알 수 있다.노이즈에는 이러한 방사 노이즈 외에 전원 라인과 신호 라인을 통해서 전해지는 전도 노이즈가 있다. 그러나 전도 노이즈는 케이블 등을 안테나로 삼아 방사 노이즈가 되기도 하고, 반대로 방사 노이즈가 전도 노이즈가 되기도 한다. 이처럼 노이즈는 자유자재로 변환할 수 있는 신출귀몰의 행동을 하기 때문에 전자 기기에는 스스로 노이즈의 발생원이 되지 않도록 하는 동시에 외래 노이즈에 의해 오동작 등을 일으키지 않는 내성 대책이 필요하다. 이것이 EMC의 기본적인 개념이다.전도 노이즈는 콘덴서에 의해서 그라운드에 ‘바이패스’하거나 저항이나 페라이트 코어, 칩 비즈 등으로 ‘흡수’해서 열로서 내보내는 것이 일반적이다. 전도 노이즈 대책으로 또 하나 중요한 수법이 있다. 바로 인덕터(코일)의 성질을 이용해서 노이즈 전류를 ‘반사’시키는 수법이다. 인덕터는 직류 전류는 원활히 흘려보내지만 교류 전류는 임피던스(교류에서의 저항)가 높아져서 흐르기 어렵게 하기 때문이다.그러나 전도 노이즈가 전해지는 방법(모드)에는 디퍼렌셜 모드와 코먼 모드 2타입이 있으며, 이 차이에 따른 노이즈 대책이 요구된다. 노이즈의 타입을 제대로 파악하지 않으면 노이즈 대책 부품을 회로에 추가했는데 오히려 노이즈가 증가하는 사태도 초래하기 쉽다.점점 중요해지는 코먼 모드 노이즈 대책디퍼렌셜 모드란 신호 라인을 왕로(往路), 시그널 그라운드(SG)를 귀로(歸路)로 하는 전도 모드이다. 전자 회로에 존재하는 신호 전류는 대부분 이 디퍼렌셜 모드로 흐른다.한편 코먼 모드란 왕로, 귀로에 대해 같은 방향으로 흐르는 전도 모드이다. 코먼 모드 노이즈는 배선계의 임피던스의 불균형에 의해 생기고, 고주파가 될수록 현저해진다. 또한 코먼 모드 노이즈는 바닥이나 지면 등을 전해져 큰 루프를 그리며 돌아오기 때문에 멀리 떨어진 전자 기기에도 여러 가지 노이즈 장해를 일으킨다. 그래서 디지털 기기에서는 디퍼렌셜 모드의 노이즈 대책은 물론 그 이상으로 코먼 모드의 노이즈 대책을 중시하게 됐다.가령 USB와 IEEE1394 등의 고속 인터페이스의 케이블은 위상이 180° 다른 신호를 2개의 신호선(트위스트 페어선)으로 흘려보내고 있다. 이것을 차동 전송 방식이라고 하며 매우 고속의 데이터 통신을 가능케 한다.차동 전송 방식은 방사 노이즈가 적고 외부 노이즈의 영향을 받기 어려운 것이 특징이다. 그러나 실제로는 두 신호선의 통신 특성의 불균형이 원인이 되어 코먼 모드의 노이즈 전류가 발생하고 케이블을 안테나로서 노이즈를 방사하기도 한다. 때문에 USB와 IEEE1394 등의 고속 인터페이스에서는 코먼 모드 필터(CMF)가 많이 사용된다.전도 모드의 차이에 의해 노이즈와 신호를 정교하게 분리코먼 모드 필터는 2개의 초크 코일이 하나로 합체한 것 같은 구조로 되어 있다.초크 코일이란 코어에 권선을 감은 전자 부품이다. 권선에 전류가 흐르면 코어에 자속이 발생하고 급격한 전류 변화에 대해서는 전류를 저지하는 브레이크와 같은 역할을 한다(인덕터의 자기 유도 작용). 자동차 엔진의 공기 조정 장치를 초크 밸브라고 하듯이 전자 부품의 초크 코일은 교류 전류의 흐름을 저지해서 조절하는 작용을 한다. 원래 초크(choke)란 숨막히게 하다는 의미의 단어다. 코일은 교류 전류의 흐름을 막는 성질이 있기 때문에 초크 코일이라고 불리는 것이다.그러나 디퍼렌셜 모드의 신호 전류도 코먼 모드의 노이즈 전류도 고주파의 교류 전류이다. 그러면 왜 코먼 모드 필터는 디퍼렌셜 모드의 신호 전류를 통과시키고 코먼 모드의 노이즈 전류만을 제거할 수 있을까?그 포인트가 되는 것은 코어에 감긴 두 도선의 방향이다. 코먼 모드 필터는 2개의 도선이 하나의 코어에 같은 방향으로 감겨져 있기 때문에 재밌는 작용이 일어나는 것이다.즉 신호 전류는 2개의 도선을 왕로와 귀로로 하는 디퍼렌셜 모드이기 때문에 코어에 발생하는 자속은 역방향이 되고 자속은 상쇄되어 신호 전류는 원활히 흐른다. 한편 코먼 모드 노이즈 전류는 같은 방향으로 흐르기 때문에 코어에 발생하는 자속은 합성되어 서로 강해진다. 그 결과 브레이크 작용이 강해져 코먼 모드 노이즈 전류는 통과를 저지당해 버린다.이것이 코먼 모드 필터의 기본 원리다. 작은 부품이면서 효과는 절대적이다. 고속·대용량 네트워크 시대에서 코먼 모드 필터는 점점 중요한 노이즈 대책 부품이 되고 있다.
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