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공통 모드 초크가 널리 사용되지만 또 다른 가능성은 모놀리식 EMI 필터입니다. 레이아웃이 합리적이라면 이러한 다층 세라믹 부품은 탁월한 공통 모드 잡음 억제 기능을 제공할 수 있습니다.
많은 요인으로 인해 전자 장치의 기능을 손상시키거나 방해할 수 있는 "잡음" 간섭의 양이 증가합니다. 오늘의 자동차가 그 대표적인 예이다. 자동차에서는 Wi-Fi, Bluetooth, 위성 라디오, GPS 시스템을 찾을 수 있으며 이는 시작에 불과합니다. 이러한 종류의 잡음 간섭을 관리하기 위해 업계에서는 일반적으로 원치 않는 잡음을 제거하기 위해 차폐 및 EMI 필터를 사용합니다. 그러나 이제 EMI/RFI 제거를 위한 일부 기존 솔루션은 더 이상 적용할 수 없습니다.
이 문제로 인해 많은 OEM은 모놀리식과 같은 보다 적합한 솔루션을 얻기 위해 2커패시터 차동, 3커패시터(X 커패시터 1개와 Y 커패시터 2개), 피드스루 필터, 공통 모드 초크 또는 이들의 조합과 같은 선택을 피하게 되었습니다. 더 작은 패키지에 더 나은 잡음 억제 기능을 갖춘 EMI 필터입니다.
전자 장비가 강한 전자파를 수신하면 회로에 원치 않는 전류가 유도되어 예기치 않은 작동이 발생하거나 의도된 작동을 방해할 수 있습니다.
EMI/RFI는 전도 또는 방사 방출의 형태일 수 있습니다. EMI가 전도된다는 것은 노이즈가 전기 도체를 따라 전파된다는 것을 의미합니다. 잡음이 자기장이나 전파의 형태로 공기 중에 전파되면 방사 EMI가 발생합니다.
외부에서 가해지는 에너지가 작더라도 방송이나 통신에 사용되는 전파와 혼합되면 수신 장애, 비정상적인 소음, 영상 끊김 등의 원인이 됩니다. 에너지가 너무 강하면 전자 장비가 손상될 수 있습니다.
발생원에는 자연소음(정전기 방전, 조명, 기타 발생원 등)과 인공소음(접촉소음, 고주파 누설기기 사용, 유해방사선 등)이 있습니다. 일반적으로 EMI/RFI 잡음은 공통 모드 잡음이므로 해결 방법은 EMI 필터를 사용하여 별도의 장치로 원치 않는 고주파수를 제거하거나 회로 기판에 내장하는 것입니다.
EMI 필터 EMI 필터는 일반적으로 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 부품이 연결되어 회로를 구성합니다.
“인덕터는 DC 또는 저주파 전류를 통과시키는 동시에 유해하고 원치 않는 고주파 전류를 차단합니다. 커패시터는 고주파 잡음을 필터 입력에서 전원 또는 접지 연결로 다시 전달하는 저임피던스 경로를 제공합니다.”라고 Johanson Dielectrics의 Christophe Cambrelin은 말했습니다. 이 회사는 다층 세라믹 커패시터와 EMI 필터를 만듭니다.
전통적인 공통 모드 필터링 방법에는 선택된 차단 주파수보다 낮은 주파수의 신호를 통과시키고 차단 주파수보다 높은 주파수의 신호를 감쇠시키는 커패시터를 사용하는 저역 통과 필터가 포함됩니다.
일반적인 시작점은 각 트레이스와 차동 입력 접지 사이에 커패시터를 사용하여 차동 구성에 커패시터 쌍을 적용하는 것입니다. 각 분기의 커패시터 필터는 EMI/RFI를 지정된 차단 주파수 이상의 접지로 전송합니다. 이 구성에는 두 개의 와이어를 통해 반대 위상의 신호를 보내는 것이 포함되므로 신호 대 잡음 비율이 향상되는 동시에 원치 않는 잡음이 접지로 전송됩니다.
"안타깝게도 X7R 유전체(일반적으로 이 기능에 사용됨)가 포함된 MLCC의 커패시턴스 값은 시간, 바이어스 전압 및 온도에 따라 크게 달라집니다"라고 Cambrelin은 말했습니다.
“따라서 이 두 커패시터가 실온 및 저전압에서 밀접하게 일치하더라도 특정 시간에 시간, 전압 또는 온도가 변경되면 결국 매우 다른 값이 나타날 가능성이 높습니다. 두 라인 사이에 이런 종류의 불일치가 있으면 필터 컷오프 근처에서 동일하지 않은 응답이 발생합니다. 따라서 공통 모드 잡음을 차동 잡음으로 변환합니다.”
또 다른 해결책은 두 개의 "Y" 커패시터 사이에 큰 값의 "X" 커패시터를 연결하는 것입니다. "X" 커패시터 션트는 필요한 공통 모드 밸런싱 효과를 제공할 수 있지만 바람직하지 않은 차동 신호 필터링 부작용을 발생시킵니다. 아마도 저역 통과 필터에 대한 가장 일반적인 솔루션과 대안은 공통 모드 초크일 것입니다.
공통 모드 초크는 두 권선이 모두 1차 및 2차 역할을 하는 1:1 변압기입니다. 이 방법에서는 한 권선을 통과하는 전류가 다른 권선에 반대 전류를 유도합니다. 불행하게도 공통 모드 초크는 무겁고 비싸며 진동으로 인해 고장이 발생하기 쉽습니다.
그럼에도 불구하고 권선 간의 완벽한 매칭과 커플링을 갖춘 적절한 공통 모드 초크는 차동 신호에 투명하고 공통 모드 잡음에 대해 높은 임피던스를 갖습니다. 공통 모드 초크의 한 가지 단점은 기생 용량으로 인해 주파수 범위가 제한된다는 점입니다. 특정 코어 재료의 경우 더 낮은 주파수 필터링을 얻는 데 사용되는 인덕턴스가 높을수록 필요한 회전 수와 그에 따른 기생 용량이 늘어나 고주파 필터링이 효과적이지 않게 됩니다.
권선 간의 기계적 제조 공차 불일치로 인해 모드 변환이 발생할 수 있습니다. 이 모드 변환에서는 신호 에너지의 일부가 공통 모드 잡음으로 변환되거나 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이러한 상황은 전자기 호환성 및 내성 문제를 야기합니다. 또한 불일치로 인해 각 레그의 유효 인덕턴스가 감소합니다.
어떤 경우든 차동 신호(통과)가 억제되어야 하는 공통 모드 잡음과 동일한 주파수 범위에서 작동하는 경우 공통 모드 초크는 다른 옵션에 비해 상당한 이점을 갖습니다. 공통 모드 초크를 사용하면 신호 통과 대역을 공통 모드 정지 대역으로 확장할 수 있습니다.
모놀리식 EMI 필터 공통 모드 초크가 널리 사용되지만 또 다른 가능성은 모놀리식 EMI 필터입니다. 레이아웃이 합리적이라면 이러한 다층 세라믹 부품은 탁월한 공통 모드 잡음 억제 기능을 제공할 수 있습니다. 두 개의 평형 병렬 커패시터를 하나의 패키지에 결합하여 상호 인덕턴스 제거 및 차폐 효과를 제공합니다. 이 필터는 4개의 외부 연결에 연결된 단일 장치에서 2개의 독립적인 전기 경로를 사용합니다.
혼동을 방지하기 위해 모놀리식 EMI 필터는 기존 피드스루 커패시터가 아니라는 점에 유의해야 합니다. 동일해 보이지만(패키지 및 외관은 동일) 디자인이 상당히 다르며 연결 방법도 다릅니다. 다른 EMI 필터와 마찬가지로 단일 칩 EMI 필터는 지정된 차단 주파수 이상의 모든 에너지를 감쇠시키고 통과하는 데 필요한 신호 에너지만 선택하는 동시에 원치 않는 잡음을 "접지"로 전달합니다.
그러나 핵심은 매우 낮은 인덕턴스와 매칭된 임피던스입니다. 모놀리식 EMI 필터의 경우 단자는 장치의 공통 기준(차폐) 전극에 내부적으로 연결되며 보드는 기준 전극으로 분리됩니다. 정전기 측면에서 3개의 전기 노드는 공통 기준 전극을 공유하는 두 개의 용량성 절반으로 구성되며 모든 기준 전극은 단일 세라믹 본체에 포함되어 있습니다.
커패시터의 두 절반 사이의 균형은 또한 압전 효과가 동일하고 반대이며 서로 상쇄된다는 것을 의미합니다. 이 관계는 온도와 전압의 변화에도 영향을 미치므로 두 라인의 구성 요소는 동일한 노화 정도를 갖습니다. 이러한 모놀리식 EMI 필터에는 단점이 있는데, 공통 모드 잡음이 차동 신호와 동일한 주파수이면 사용할 수 없습니다. "이 경우에는 공통 모드 초크가 더 나은 솔루션입니다"라고 Cambrelin은 말했습니다.
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