노이즈 개선 부품 - 비드(Bead) 2편

안녕하세요. D.U.T 입니다.

방문해주셔서 감사합니다.

 

먼저 포스팅한 노이즈 개선 부품 - 비드 1편에 이은 2편입니다. 앞에 내용이 기억나지 않으신 분들은 아래 링크에 1편을 참고 부탁드립니다. 

 

▶노이즈 개선 부품 - 비드 1편 : https://designusefulthings.tistory.com/16

노이즈 개선 부품 - 비드(Bead) 1편

---

2. 비드의 단순한 모델과 시뮬레이션 ( Bead Simplified Model and Simulation )

비드의 전자 기호는 국제적으로 표준화되어있지만 나라마다 다르게 사용할 수도 있습니다. 표준화 전자기호는 아래 그림입니다. 

 

( 출처 :  wikipedia )

 

회로에서 복잡한 회로를 단순하게 모델링하듯이 비드도 저항과 캐패시터, 인덕터로 아래 그림처럼 단순 모델로 변환할 수 있습니다.

 

( 그림1. 비드의 단순한 회로 모델 )

여기서  C는 기생 캐패시턴스, L은 비드의 인덕턴스,  Rdc는 비드의 DC 저항, Rac는 비드의  AC 저항 값입니다.

 

비드를 단순한 회로 모델로 변환한 이유는 실제 비드의 응답 특성과 시뮬레이션 결과와 얼마나 동일한지를 확인하기 위해서입니다. 

 

원문(Ferrite Bead Demystified)에서는 Tyco 제품의 BMB2A1000LN2 비드를 예를 들어 설명하고 있습니다. 

 

( 출처 : Tyco BMB2A1000LN2 ZRX 응답 특성 )

 

위 응답 특성은 임피던스 분석기를 사용하여 제로 DC 바이어스 전류에 대해 BMB2A1000LN2 비드를 측정한 실제 ZRX 응답을 보여주고 있습니다.

 

- 비드의 Inductance 계산

( 비드의 Inductance 계산 식 )

예를 들어 비드의 Inductive 영역의 주파수가 30.7MHz이면 리액턴스 XL은 약 233Ω입니다. 식에 넣어서 계산을 하면 비드의 인덕턴스 값은 1.208uH 값이 나옵니다. 

 

- 비드의 Capacitive 계산

 

( 비드의 Capacitive 계산 식 )

비드의 기생 캐패시턴스는 위 식으로 계산할 수 있습니다. 계산하실 때, f 값은 위 비드의 ZRX 응답 특성 그래프에서 Capacitive 영역의 주파수 값을 대입하시면 됩니다. 예를 들어 주파수가 f = 803MHz이면 리액턴스는 대략 118Ω 입니다. 대입해서 계산하면 기생 캐패시턴스는 1.678 pF입니다. 

 

- 비드의 DC 저항 값과 AC저항 값

DC 저항 값은 데이터시트에서 확인할 수 있습니다. BMB2A1000LN2 비드의 DC 저항 값은 300 mΩ입니다. 

 

AC 저항 값은 ZRX 응답 특성 그래프에서 확인할 수 있습니다. 비드가 오직 저항 값으로 보이는 피크 임피던스 값입니다.  DC 저항 값은 위에서 확인할 수 있듯이 매우 작은 값입니다. 그러므로 DC 저항값을 무시하면 AC 저항 값은 약 1080Ω입니다.

 

지금까지는 비드의 주파수에 따른 임피던스 값을 구하는 방법을 알아보았습니다.

 

다음은 실제 비드의 응답 특성과 시뮬레이션 결과와 동일한지 확인한 결과입니다. 측정한 응답 특성과 비교를 위해 사용된 시뮬레이터는 ADIsimPE입니다. 

 

( 그림2. 회로 시뮬레이션 모델 )

( 그림3. 시뮬레이션 결과 vs 실제 측정 결과 비교 그래프 )

 

위 그림 2번처럼 회로를 구성하여 시뮬레이션해보면 그림 3에서 보실 수 있듯이 실제 측정한 결과 값과 동등한 결과가 나오는 것을 알 수 있습니다. 

 

정리해서 말씀드리면 비드의 단순한 회로 모델을 이해하시면 비드의 임피던스 특성을 알 수 있습니다. 캐패시터의 임피던스 특성과 인덕터의 임피던스 특성을 알고 계신 분은 캐패시터와 인덕터가 병렬로 연결되면 어떤 응답 특성을 보이는지 그래프를 대략적으로 그리실 수 있을 것입니다. 그리고 임피던스의 특성을 이해하셔야 실제 노이즈 대책으로 비드를 사용하실 때, 노이즈 필터링 회로 설계 및 적용에 도움이 될 수 있습니다. 

 

다음 3편에서는 정말 중요한 부분을 설명드리겠습니다. 3편이 제일 중요한 부분이므로 꼭 읽어주시길 바랍니다. 

 

감사합니다.