공통 모드 노이즈 필터 선정과 활용 : 기초 강좌 8~11

노이즈 필터 선정, 스마트폰의 수신 감도 개선 예, 고속 신호용 공통 모드 필터 라인업에 대해 설명합니다.

공통 모드 노이즈 필터(Common Mode Noise Filter) 기초 강좌 8~11

⑧ 공통 모드 노이즈 필터 선정 [1]

⑨ 공통 모드 노이즈 필터 선정 [2]

⑩ 스마트폰의 수신 감도 개선 예

⑪ 고속 신호용 공통 모드 필터 Line-up

⑧ 공통 모드 노이즈 필터 선정 [1]

공통 모드 노이즈 필터 선정하는 방법에 대해서 설명합니다. 기본적으로는, 디지털 신호를 감쇠 시키지 않는, 노이즈를 감쇠하는 2개의 스텝이 됩니다. 

우선 디지털 신호를 손실 없이 통과시키기 위해 차동 모드 삽입 손실이 적은 것을 선정합니다. 그림 8-1과 같이 디지털 신호 파형의 정형에는 최소 3 차 ~ 5 차 이상의 고주파 성분이 필요하기 때문에 디지털 신호의 기본 주파수 fo의 3 × fo 또는 5 × fo 이상의 컷 오프 주파수를 가지는 것을 통상 선정합니다.

한편 최근의 고속 전송에서는, 고주파 성분의 손실을 보완하기 위해, 출력 측에서의 엠퍼시스, 수신단에서의 이퀄라이저 처리를 하고 있는 인터페이스가 많이 보여집니다. 이 경우, 규정의 컴플라이언스 테스트를 패스해 실 사용상 문제없으면, 3×fo 이하의 것에서도 채용되는 경우가 있습니다.

• 차동 모드 특성 임피던스 정합

차동 모드 전송에서 또 다른 중요한 파라미터로 차동(디퍼렌셜) 모드의 특성 임피던스가 있습니다. (이하 특성 임피던스) 통상 인터페이스의 규격으로 정해진 특성 임피던스에 따라 전송선로 설계가 이루어지고 있습니다. 예를 들어 USB라면 특성 임피던스 90Ω, HDMI이면 100Ω이 규정되어 있습니다.

만약 전송 대역에서 공통 모드 노이즈 필터가 크게 이 특성 임피던스를 벗어나면 차동 신호의 반사, 손실이 발생하여 신호가 열화 됩니다.

그림 8-2는 동일한 컷오프 주파수 3GHz를 갖는 공통 모드 노이즈에서 특성 임피던스가 다른 두 개의 필터의 HDMI-1080p-Eye 마스크 테스트를 비교한 결과를 보여줍니다.

특성 임피던스 100Ω을 가진 당사 제품에 비해 특성 임피던스가 80Ω으로 낮은 타사 필터에서는 신호에 열화가 보입니다.

따라서 차동 모드의 특성 임피던스 정합에도 주의를 기울일 필요가 있습니다.

이 특성 임피던스 정합을 평가하는 방법에는 시간 축에서 평가하는 TDR 측정과 주파수축에서 평가하는 S-parameter 가 있습니다. 당사가 제공하는 S-parameter로부터의 연산에 의해, 공통 모드 노이즈 필터의 주파수 축의 특성 임피던스 정보를 얻을 수 있습니다.

TDR 측정에서는 스텝 펄스를 커넥터 측에서 넣고 그 응답을 관측함으로써 차동 모드의 특성 임피던스를 측정할 수 있습니다. 만약 피측정 경로 중에 입력한 규정의 특성 임피던스를 가지는 스텝 펄스와 다른 특성 임피던스도 부위가 있는 경우 거기에서 반사, 손실이 발생합니다.

이를 특성 임피던스 값으로 다시 처리하고 경로의 정보로 반환합니다. TDR 특성의 장점은 세트를 조립한 상태에서 위치 정보와 함께 특성 임피던스를 관측할 수 있어 기판상의 부정합 개소를 파악할 수 있다는 특징이 있습니다.

• TDR 측정에 의한 차동 모드 특성 임피던스 정합

TDR 측정의 예로 HDMI 인터페이스의 경우 당사 공통 모드 노이즈 필터의 TDR 특성을 보여주는 그림 8-3에 나와 있습니다. 커넥터, 공통 모드 노이즈 필터, HDMI-IC와 각각의 부위에서의 특성 임피던스 정보를 얻을 수 있는 것을 알 수 있습니다.

당사 공통 모드 노이즈 필터는 HDMI의 전송로의 특성 임피던스 100Ω±15Ω에 충분히 만족시키고 있어 차동 전송에 있어서 뛰어난 정합성을 가지고 있는 것을 알 수 있습니다.

⑨ 공통 모드 필터 선정 [2]

다음으로 공통 모드 노이즈 감쇠 주파수 특성에서 공통 모드 노이즈를 제거하고자 하는 주파수대에 맞는 노이즈 필터를 선정합니다.

당사에서는 그림 9-1과 같이 스마트폰용 무선 통신의 대역 주파수에서 고감쇠 시킨 제품과 HDMI와 같이 광대역 노이즈 감쇠가 필요한 제품을 갖추고 있어 용도에 따라 최적 필터를 제공할 수 있도록 하고 있습니다.

⑩ 스마트폰의 수신 감도 개선 예

당사의 공통 모드 노이즈 필터를 이용한 경우의 스마트폰의 셀룰러 수신 감도 측정 예를 그림 10-1에 나타냅니다.

LCD의 Mipi 인터페이스 부분에 공통 모드 노이즈 필터를 배치하여 플렉시블 케이블로부터의 방사를 억제함으로써 수신 감도를 개선하고 있는 예입니다.

⑪ 고속 신호용 공통 모드 노이즈 필터 Line-up

당사의 제품 라인업은 하기 링크에서 확인할 수 있습니다. 

https://industrial.panasonic.com/sa/products/pt/noise-filters/models?reset=1

PC나 AV 용도로 1210mm 사이즈나 어레이 타입으로부터, 스마트폰용의 0806mm, 0605mm 사이즈의 소형품까지, 폭넓게 갖추고 있어, USB3.1-Gen1나 HDMI2.0이라고 하는 고속 인터페이스에도 대응하고 있습니다.

노이즈 필터 란?