Murata 잡음 교정 - 센서 오작동 완화

잡음이 센서 오작동을 일으키는 메커니즘

1 칩 센서는 주로 신호, 전력 및 GND의 3가지 유형의 라인으로 구성됩니다. 또한 클록 및 데이터와 같은 여러 신호 라인을 사용하여 통신이 이루어집니다. Murata는 다양한 라인에 잡음이 적용될 때 이에 대한 영향을 검사했습니다.

디지털 신호 라인에 잡음 적용

통신이 제대로 수행되지 않는 오작동의 예로는 디지털 신호 라인에 잡음이 가해져 레벨이 높은 임계값을 초과했거나 낮은 임계값 아래로 떨어 졌다고 잘못 판단하는 경우가 있습니다.

Murata는 평가를 위해 특정 가속도계의 디지털 신호 라인에 잡음을 제공하고 통신이 중단된 고장을 확인했습니다.

전력선에 잡음 적용

아날로그 프런트엔드에는 증폭기 및 A/D 변환 회로가 포함되어 있습니다. 이러한 회로의 전원 공급 장치가 변동하고 회로가 올바르게 작동하지 않으면 비정상적인 값이 생성될 때 오작동이 발생할 수 있습니다.

Murata는 평가를 위해 가속도계의 전력선에 잡음을 도입하고 출력이 중단 된 오작동을 확인했습니다.

센서 잡음 조치의 요점

센서의 잡음 조치로 사용되는 필터에서 추구하는 조건입니다:
1. 전원 공급 및 작동에 필요한 신호를 전달합니다.
2. 오작동의 원인이 되는 잡음 차단

단일 칩 타입 센서는 다양한 유형과 제품 이름으로 제공되지만 잡음 조치로 사용되는 필터에 큰 차이가 없습니다.

이는 필터에서 요구되는 두 가지 조건이 모든 센서에 공통적이기 때문입니다.
1. 전원 공급 및 작동에 필요한 신호를 전달합니다.
→ 단일 칩 유형 센서에는 표준화된 인터페이스(IC 핀)가 있습니다.
2. 오작동의 원인이 되는 인상적인 잡음 차단
→ 인상적인 잡음 사양은 면역 테스트로 표준화되었습니다.

필터의 장착 위치

Murata는 필터가 효과를 발휘하려면 센서 근처에 장착되어야 한다고 판단했습니다.

전력선 잡음 조치

저주파에서 고주파에 이르는 넓은 대역폭에서 삽입 손실이 높은 필터는 전력선 잡음 조치에 사용하기에 적합합니다.

커패시터만 사용하는 대책에는 고주파 삽입 손실을 얻기 위해 저주파 측을 커버하는 정전용량값이 큰 커패시터와 낮은 ESL 커패시터가 필요합니다.

커패시터와 인덕터를 결합하면 삽입 손실이 현저히 증가할 수 있습니다. 인덕터의 사용을 능가하는 다중 레벨 구성에서 센서 측에서 충분한 정전용량을 배치하면 잡음에 대한 보다 효과적인 필터를 얻을 수 있습니다.

신호 라인 잡음 대책

(데이터/클록) 신호 라인에 대한 잡음 대책에는 통과해야 하는 신호 주파수에서 삽입 손실이 적은 필터 설계가 필요합니다.

잡음 레벨이 적거나 신호와 잡음의 주파수가 분리되어 있을 때 커패시터만을 사용한 대책이 가능합니다. 하지만 신호 주파수와 잡음 주파수가 가까워지면 인덕터와 커패시터를 결합하여 현저한 삽입 손실 특성을 가진 필터를 구성해야 합니다.

인덕터 사용 시 주의할 사항

인덕터가 특정 라인에만 삽입되면 일반 모드로 변환(전위차)되고 라인이 불균형해집니다. 이로 인해 기능 장애가 악화될 가능성이 증가합니다. 인덕터를 삽입 할 때 Murata는 모든 라인에 동일한 부품 번호를 사용하는 것이 중요하다고 판단했습니다. 참고: 인덕터 타입 필터인 페라이트 비드는 높은 임피던스로 잡음을 차단할 뿐 아니라 페라이트에 의한 손실로 잡음 에너지를 흡수하므로 높은 잡음 대책 효과를 기대할 수 있습니다.

전원 공급 라인 잡음 대책의 예

센서의 전원 공급 라인에 대한 잡음의 영향으로 센서의 출력값에 대한 이상(출력 오류) 현상이 발생했습니다. 전원 공급 라인에 주입되는 잡음 레벨을 일정하게 유지하고 대책 사용 전후의 출력 오차 크기를 조사했습니다.

센서 출력값의 기능 장애는 전원 라인의 노멀 모드 잡음에 기인하므로 센서 주변에 0.1µF의 저 ESL 커패시터 4개를 삽입했습니다.

이러한 동작으로 인해 센서의 출력 오류가 1% 미만으로 억제되었습니다.

앞서 언급한 바와 같이, 추가적인 잡음 대책이 필요한 경우 인덕터와 커패시터를 Pi 타입 필터로 구성할 수 있습니다.

신호 라인 잡음 대책의 예

센서의 신호 라인에 대한 잡음의 영향으로 인해 센서의 통신이 끊길 수 있습니다. 주입된 잡음 레벨이 증가했으며 적절한 작동을 위한 한계 수준(기능 장애가 발생하지 않은 경우)을 조사했습니다.

        • 초기: 기능 장애에 대한 내성은 주파수에 따라 크게 다릅니다. (이 예에서, 저항은 100MHz 및 250MHz에서 낮게 나타납니다.)
• 대책 1: 커패시터를 추가하면 100MHz 및 250MHz에서 기능 장애 시 저항이 개선됩니다.
• 대책 2: 페라이트 비드 및 커패시터의 구성은 200MHz 및 250MHz에서 기능 장애 시 저항을 개선시킵니다.
• 대책 3: 밸런스를 얻기 위해 Pi 타입 필터가 전원 공급 라인용으로 구성하고 페라이트 비드를 GND(접지)선에 추가했습니다. 이는 모든 주파수 범위에서 기능 장애에 대한 저항을 향상시킵니다.

대책 3(권장 회로)을 실행함으로써 전체 주파수 대역폭에서 잡음 저항이 양호한 것으로 확인되었습니다.

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