Murata 1000Base-T1에 대한 ADAS 잡음 억제 조치

자동차 이더넷을 통한 신호 전송

이더넷 및 기타 자동차 인터페이스는 최소의 방출을 제공하고 외부 잡음의 영향을 방지하는 차동 전송 신호를 사용합니다. 외부 잡음은 종종 동일한 방식으로 두 차동 전송 신호 라인에 모두 유입되기 때문에 차이에 영향을 미치지 않으며 이러한 라인은 외부 잡음에 대한 강한 저항력이 있습니다. 또 다른 이점은 쌍의 신호선이 인접해 있기 때문에 신호 전류에 의해 생성되는 자기장이 모두 취소된다는 것입니다. 따라서 외부적으로 잡음이 방출되기는 어렵습니다.

자동차 이더넷의 잡음 문제

차동 전송 라인(잡음이 발생하지 않는 경우)에서는 다양한 요소에 의해 공통 모드 전류가 생성될 때 잡음 문제가 발생할 수 있습니다.

공통 모드 잡음 계수

차동 전송 라인의 특징 중 하나는 공통 모드 잡음이 일반적으로 생성되지 않는다는 점입니다. 하지만 두 라인 사이의 신호에서 스큐(시간 차) 또는 진폭 차이가 발생하면 두 라인 사이의 신호 밸런스가 무너집니다. 따라서 공통 모드 잡음이 발생합니다.

자동차 이더넷 잡음 억제

이더넷 문제
이더넷에 사용되는 케이블과 HDMI, USB 및 기타 표준에 사용하는 케이블 사이에 차이가 있습니다.

HDMI, USB 및 유사한 케이블에는 신호 라인과 별도의 접지 라인으로 구성된 쌍이 있습니다. 그 결과, 공통 모드 전류가 흐르더라도 전류는 접지선을 통과하여 돌아옵니다. 따라서 공통 모드 전류에 의해 생성되는 자기장이 취소되고 잡음 방출이 발생하지 않습니다.

반면, 이더넷 케이블에는 접지선이 없습니다. 따라서 공통 모드 전류가 반환되는 경로는 표류 정전용량을 통과하는 접지이며 잡음 방출이 보다 쉽게 생성되는 경향이 있습니다.

공통 모드 초크 코일

CMCC(공통 모드 초크 코일)은 자동차 이더넷 및 기타 차동 전송을 위한 잡음 억제 조치에서 효과적입니다.

초크 코일은 공통 코어 주변의 반대 방향으로 두 라인을 권선하여 형성됩니다. 차동 모드 전류의 두 라인에서 생성된 자속은 서로 상쇄되며 차동 전류에는 영향을 미치지 않습니다. 공통 모드 전류의 두 라인에서 생성된 자속은 서로를 강화하고 인덕터로서의 역할을 수행합니다. 이러한 동작으로 인해 차동 신호에 영향을 주지 않고 공통 모드 잡음을 효과적으로 감쇠할 수 있습니다.

자동차 이더넷에서 CMCC 사용

자동차 이더넷에서 CMCC의 밸런스가 중요합니다. CMCC로 구성된 두 라인의 길이 또는 권선에 차이가 있으면 전류 밸런스가 무너질 수 있습니다. 이로 인해 모드가 변환되고 공통 모드 잡음이 생성될 수 있습니다. 이러한 이유로 두 라인의 밸런스를 유지하기 위해 설계된 CMCC를 선택해야 합니다.

Murata의 DLW32MH101XT2 CMCC는 1000Base-T1 잡음 억제에 이상적입니다. 1000Base-T1의 사용에 기반한 임피던스 값이 특징이며 모드 변환의 발생을 방지하기 위한 균형 잡힌 설계를 제공합니다.

DLW32MH101XT2

DLW32MH101XT2 CMCC는 3가지 핵심 요소를 제공합니다.
• 자동차 네트워크의 신호 라인에서 방출되는 잡음을 억제하는데 효과적입니다.
• 1000Base-T1 자동차 이더넷 표준과 완벽하게 호환
• -40~+125°C 자동차 애플리케이션의 작동 온도 범위

전도 방출 방지

전도 방출 측정 조건
1,000Base-T1 EMC 테스트 보드를 사용하여 전도 방출을 측정(150Ω 방법)했습니다.

잡음 감쇠 결과의 비교

1000Base-T1 EMC 테스트 보드의 신호 라인에서 공통 모드 잡음이 전도되었습니다. EMI 수신기를 사용하여 측정을 수행했습니다. 이 연구에서 잡음을 비교하기 위해 CMCC를 변경했습니다.

방출 테스트에 사용되는 CMCC

Murata는 테스트에 사용되는 CMCC를 위해 DLW32MH101XT2(1000Base-T1의 경우 CMCC)를 사용했습니다. 비교를 위해, DLW43MH201XK2(100Base-T1의 경우 CMCC)와 DLW32SH101XK2(CAN의 경우 CMCC)를 사용했습니다.

측정 결과

전도 방출 측정 결과 1000Base-T1을 위해 설계된 DLW32MH101XT2가 잡음을 줄이고 제한값을 충족하는데 가장 효과적임을 알 수 있었습니다. DLW43MH201XK2 및 DLW32SH101XK2는 제한값을 충족할 만큼 잡음을 줄일 수 없었습니다.

잡음 생성 메커니즘

CMCC에 의한 서로 다른 잡음 억제 결과의 한 가지 요인은 CMCC의 모드 변환 특성 Ssd12의 영향입니다(아래 그림 1). Sd12 값이 높으면 입력했던 차동 모드 신호의 높은 비율이 공통 모드 잡음으로 변환됩니다. 그 결과, 잡음 레벨이 높아졌습니다.

잡음 억제 핵심 사항

전도 방출 측정 결과는 저주파에서 Scc21로 얼마나 많은 공통 모드 잡음을 줄일 수 있는지 나타냅니다. 또한 Ssd12 모드 변환 특성에 의해 고주파에서 공통 모드로 변환되는 양을 줄일 수 있는 양을 나타냅니다.

보드 설계 장치에 대한 참고 사항

보드 설계 장치의 핵심 사항은 CMCC 평가를 통해 밝혀졌습니다(아래 그림 2). 1000Base-T1에 대해 동일한 CMCC 샘플을 동일한 조건에서 테스트 보드에 설치했을 때 잡음 레벨이 달랐습니다. 보드 중 하나에서도 고장난 결과가 발생했습니다. (참고: CMCC 샘플이 동일한 경우에도 테스트 보드의 일부 상태에 대해 실패 결과를 얻을 수 있습니다.)

보드의 전송 경로 특성을 분석했을 때 Murata는 CMCC 출력 측에서 모드 변환 특성의 차이를 발견했으며 보드 #2의 값이 높아졌다는 사실을 발견했습니다(아래 그림 3).

보드에 의해 다양한 전도 잡음 레벨에서 발생할 수 있는 한 가지 요인은 차동 모드 신호가 CMCC를 통과한 후 보드의 공통 모드 잡음으로 변환되었다는 것입니다(아래 그림 4).

모드 변환의 핵심 사항(아래 그림 5)에는 CMCC 출력 측 저항기, 커패시터 및 보드 배선이 포함되어 있습니다. 이러한 구성 요소의 특성 변화로 인해 불균형이 발생하는 것으로 간주됩니다.이러한 이유로 CMCC 이외의 섹션은 라인 간의 특성 균형을 유지하기 위해 세심한 주의가 필요합니다.

100Base-T1에서 전도된 방출

100Base-T1에 대해 동일한 전도 방출 측정을 수행했을 때 CAN의 DLW32SH101XK2를 사용한 경우 제한값을 초과했습니다. 하지만 100Base-T1용으로 설계된 DLW43MH201XK2는 제한값을 충족시키기 위해 잡음을 줄이는 데 충분히 효과적이었습니다.

100Base-T1과 1000Base-T1 비교

차동 모드 신호에 포함된 주파수 구성 요소는 100Base-T1과 1000Base-T1에서 다릅니다(아래 그림 6). 따라서 필요한 모드 변환 특성도 다릅니다. 이러한 이유로, 각 표준을 충족하도록 설계된 CMCC를 선택해야 합니다.

내성 테스트(DPI) 측정

DPI(직접 전원 주입) 테스트는 전도 방출과 동일한 1000Base-T1 EMC 테스트 보드를 사용하여 수행했습니다.

테스트 프로세스

외부 소스에서 1000Base-T1 EMC 테스트 보드의 신호 라인으로 공통 모드 잡음이 전도되었습니다. 제어 PC를 사용하여 통신 오류가 발생했는지 확인했습니다.

DPI 테스트에 사용되는 CMCC

Murata는 전도 방출과 동일한 방식으로 DLW32MH101XT2(1000Base-T1의 경우 CMCC), DLW43MH201XK2(100Base-T1의 경우 CMCC) 및 DLW32SH101XK2(CAN의 경우 CMCC)를 테스트 CMCC로 사용했습니다.

1000Base-T1 DPI 테스트 결과 - 1

2MHz 미만의 저주파에서 CMCC는 성능 수준의 차이를 나타냈습니다. 하지만 다른 주파수에서는 성능의 차이가 없었고, 모든 CMCC는 제한값을 충족했습니다.

1000Base-T1 DPI 테스트 결과 - 2

2MHz에서 CMCC의 차이는 공통 모드 감쇠(Scc21)로 인해 발생하는 것으로 간주됩니다. 모드 변환 특성의 차이가 DPI 테스트의 결과에 영향을 미치지 않았습니다.

내성 테스트(DPI) 측정 지표 핵심 사항

100Base-T1 DPI 테스트 결과
1000Base-T1 이후, 100Base-T1에 대해 DPI 테스트도 수행했습니다. 100Base-T1의 CMCC는 제한값을 충족했습니다. 하지만 CAN의 CMCC는 1MHz 이하의 저주파에서 100Base-T1의 CMCC보다 성능이 떨어졌습니다. 또한 8MHz~60MHz의 제한값을 충족하지 못하고 테스트에 실패했습니다(아래 그림 7).

2MHz 미만의 차이는 공통 모드 감쇠(Scc21)로 인해 발생하는 것으로 간주됩니다. 또한, 8~60MHz에서의 차이는 모드 변환 특성으로 인한 것으로 간주됩니다(아래 그림 7).

잡음 입력 메커니즘

CMCC의 모드 변환 특성이 100Base-T1의 테스트 결과에 영향을 준 한 가지 요인은 외부 소스에서 입력된 공통 모드 잡음이 차동 모드 잡음으로 변환되었다는 점입니다. 이 프로세스는 신호 파형을 왜곡하여 통신 오류를 초래했습니다.

보드 설계 장치에 대한 참고 사항

CMCC 외에도 전도 방출과 동일한 방법으로, 이는 보드의 불균형으로 인한 모드 변환에 의해서도 발생할 수 있습니다(아래 그림 9). 따라서 보드 설계에 세심한 주의가 필요합니다.

결론

        • 자동차 이더넷 표준 1000Base-T1의 경우 잡음 억제에 사용되는 CMCC에서 높은 성능이 요구됩니다. 모드 변환 특성이 특히 중요합니다
. • 전도 방출 평가 과정에서, 잡음을 억제하기 위해서는 1000Base-T1의 필수 값을 충족하는 모드 변환 특성을 지닌 CMCC가 필요합니다. CAN 또는 100Base-T1의 경우 CMCC를 사용할 때 제한값을 충족할 수 없습니다.
• 1000Base-T1의 CMCC에서도 보드 설계 및 설치 구성 요소의 변화로 인해 모드 변환 특성이 악화되어 추가 잡음이 발생할 수 있습니다. 따라서 이 시점에 세심한 주의를 기울여야 설계 프로세스를 수행할 수 있습니다.
• 내성 테스트인 DPI 테스트에서 CMCC에 필요한 성능은 전도 방출에 필요한 성능보다 낮습니다. 하지만 잡음 저항은 PHY에 따라 다릅니다. 따라서 모드 변환 특성이 낮은 것이 선호됩니다.

주요 CMCC

1000Base-T1의 경우: DLW32MH101XT2L
• 자동차 네트워크의 신호 라인에서 방출되는 잡음을 억제하는데 효과적입니다.
• 1000Base-T1 자동차 이더넷 표준과 완벽하게 호환
• -40~+125°C 자동차 애플리케이션의 작동 범위

100Base-T1의 경우: DLW43MH201XK2L
• 4.5mm(L) x 3.2mm(W) x 2.7mm(H), 치수 허용 오차 ±0.02
• 콤팩트한 크기에도 불구하고 200μH(0.1MHz에서)의 공통 모드 인덕턴스 제공
• 모드 변환 특성의 상당한 개선

커뮤니티 포럼

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