KR101939784B1 - Dash Camera의 EMI 대응 보드 - Google Patents

Dash Camera의 EMI 대응 보드 Download PDF

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이승호
이희열
이선구
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Abstract

본 발명은 Dash Camera의 EMI 대응 보드에 관한 것으로, 360도 전방위 화각을 가진 Dash Camera의 EMI 대응 보드에 관한 것이다.
상술한 본 발명에 따르면 DM 및 CM입력 노이즈 감소회로 설계하고 능동 EMI Filter 결합회로 적용, Board 별 EMI 대응하여 360도 전방위 화각을 가진 Dash Camera로 노이즈에 대한 완벽한 EMI 대응을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

Dash Camera의 EMI 대응 보드{Board for EMI of Dash Camera}
본 발명은 Dash Camera의 EMI 대응 보드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 360도 전방위 화각을 가진 Dash Camera의 EMI 대응 보드에 관한 것이다.
현재 무선 주파수를 사용하는 기기는 전파관리법에 의한 규제를 받고 있다. 전자기기에서 발생하는 노이즈에 의해 다른 전자기기에 간섭이 일어나 오작동을 유발하는 EMI(Electro Magnetic Interference) 상태 때문이다. 현재 다양한 전자기기들이 EMI 규제를 받고 있으며 차량에서 사용되는 전자기기 또한 이에 해당한다.
차량에서 EMI 규제를 받는 대표적인 기기로 차량용 블랙박스라고 불리는 Dash Camera가 있다. 이러한 Dash Camera 경우에 차량 내부 부착을 위해서 엔지니어링 플라스틱 재질을 사용한 경우에 전자파 차단이 어렵다.
종래, 국내공개특허 제2015-0078133호에 의하면, 부하에서 발생되는 전도성 EMI 노이즈중 CM 노이즈를 센싱하는 변압기, CM 노이즈 중 고주파를 제거한 후, 저주파의 위상과 크기를 보상하여 반전된 반전 CM 저주파 노이즈를 출력하는 연산증폭부, 반전 CM저주파 노이즈의 직류성분과 노이즈를 제거하여 획득되는 최초 CM 노이즈를 전력선(Line, Neutral)으로 주입하는 주입부를 포함하되, 최초 CM 노이즈가 전력선 상에서 결합되어 EMI 노이즈가 상쇄되는 것을 특징으로 한다.
이때 페라이트 코어를 사용하면 저주파 전원 노이즈의 감소가 가능하나, 노이즈에 대한 완벽한 EMI 대응을 위해서는 별도의 EMI 방지회로 제작이 필요하다.
공개/등록번호 : 10-2015-0078133
본 발명에서는 종래의 노이즈에 대한 완벽한 EMI 대응을 위해 DM 및 CM입력 노이즈 감소회로 설계하고 능동 EMI Filter 결합회로 적용, Board 별 EMI 대응하여 360도 전방위 화각을 가진 Dash Camera를 제공하는데 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 기생적 커패시턴스를 통해 입력신호로 커플링된 잡음을 얻기 위한 노이즈 감소회로부(120); 및 상기 노이즈 감소회로부를 통한 EMI 소스의 노이즈를 CM과 DM 능동필터로 분리하여 동시에 보상하는 능동 EMI Filter 결합회로부(130);를 포함할 수 있다.
바람직하게 노이즈 감소회로부(120)는 차단 주파수를 희망 신호 대역폭 바로 위에 설정하여 고주파수를 10진 저항마다 20dB씩 감쇠시켜 잡음을 얻는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게 능동 EMI Filter 결합회로부(130)는 중성선과 접지 사이에 기생 커패시터에 의한 경로로 누설되어 흐르는 전류로 나타나는 노이즈 전류와 위상이 180도인 전류를 주입하여 노이즈 전류가 유입되는 것을 차단하는 CM EMI필터(131)와 발생된 노이즈 진폭의 크기와 동일한 전압으로 트랜스(Trans)를 통해 중성선에 주입하여 제거하는 DM EMI필터(132)를 포함할 수 있다.
그리고 바람직하게 R2/R1을 게인으로 하는 수동 입력 필터(141); 2개의 저항 R1, CCM과 CDM 커패시터로 구성하는 DM Lowpass필터(142); 2개의 저항 R1, CCM 커패시터로 구성하는 CM Lowpass필터(143); 및 상기 CDM 커패시터가 증폭기의 위상 마진을 유지하도록 하는 저항R3(144);를 포함하는 고주파수 내성회로(140);를 포함할 수 있다.
DM 및 CM입력 노이즈 감소회로 설계하고 능동 EMI Filter 결합회로 적용, Board 별 EMI 대응하여 360도 전방위 화각을 가진 Dash Camera로 노이즈에 대한 완벽한 EMI 대응을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 360ㅀ Dash camera를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드에서 능동 연산 증폭기 필터 회로의 DM 및 CM 입력 노이즈 감소 회로를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드에서 수동 EMI/RFI 입력 필터로 개선된 고주파수 내성회로이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 CM 노이즈 진행 경로를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드에서 CM 능동 EMI 필터를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 DM 노이즈 진행 경로를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 DM 노이즈 EMI Filter를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 CM-DM 결합 필터를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 360도 Dash Camera의 전체 구성을 나타낸 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다만, 첨부된 도면은 요부에 대한 설명의 편의를 위해 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있고, 설명에 사용되는 용어 및 명칭은 사전적인 의미가 아닌 구성의 형상이나 작용, 역할 등에 의해 함축적으로 정해질 수 있으며, 위치에 대한 설명은 특별한 언급이 없는 한 도면을 기준으로 설명한다. 그리고 선 등록된 공지기술 및 통상적 기술에 대한 구체적인 설명은 요지를 흐릴 수 있어 생략 또는 간단한 부호나 명칭으로 대체한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드를 나타낸 예시도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 360도 Dash Camera의 전체 구성을 나타낸 예시도이다. 도 1 및 도 9에 도시된 바와 같이, EMI 대응보드는 360도 전방위 렌즈(111)와 OV04689-H67A 1/3" 4megapixel 이미지 sensor(112), ISP(113), 내장 battery(114)를 MCU(Multipoint Control Unit)화시킨 전방위 렌즈부(110)와, 노이즈 감소회로부(120), 능동 EMI Filter 결합회로부(130)를 포함할 수 있다.
이러한 Dash Camera의 EMI 대응 보드에 노이즈에 대한 완벽한 EMI 대응을 위해 노이즈 감소회로부(120)와 능동 EMI Filter 결합회로부(130)를 포함할 수 있다.
노이즈 감소회로부(120)는 Dash Camera의 전방위 렌즈부로부터 기생적 커패시턴스를 통해 입력신호로 커플링된 잡음을 얻기 위한 구성이다.
능동 EMI Filter 결합회로부(130)는 노이즈 감소회로부를 통한 EMI 소스의 노이즈를 CM과 DM 능동필터로 분리하여 동시에 보상하기 위한 구성이다.
노이즈 감소회로부(120)는 차단 주파수를 희망 신호 대역폭 바로 위에 설정하여 고주파수를 10진 저항마다 20dB씩 감쇠시켜 잡음을 얻을 수 있다.
능동 EMI Filter 결합회로부(130)는 CM EMI필터(131)와 DM EMI필터(132)를 포함할 수 있다.
CM EMI필터(131)는 중성선과 접지 사이에 기생 커패시터에 의한 경로로 누설되어 흐르는 전류로 나타나는 노이즈 전류와 위상이 180도인 전류를 주입하여 노이즈 전류가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
DM EMI필터(132)는 발생된 노이즈 진폭의 크기와 동일한 전압으로 트랜스(Trans)를 통해 중성선에 주입하여 제거할 수 있다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드에서 고주파수 내성회로(140)를 포함할 수 있는데, 이러한 고주파수 내성회로(140)는 R2/R1을 게인으로 하는 수동 입력 필터(141), 2개의 저항 R1, CCM과 CDM 커패시터로 구성하는 DM Lowpass필터(142), 2개의 저항 R1, CCM 커패시터로 구성하는 CM Lowpass필터(143), CDM 커패시터가 증폭기의 위상 마진을 유지하도록 하는 저항R3(144)를 포함할 수 있다.
노이즈 감소회로(120)를 설명하면 다음과 같다.
능동 연산 증폭기 필터는 바람직한 차동모드(DM) 신호의 대역을 제한하지만 원치 않는 DM 잡음을 여과시킨다. 때문에 능동 연산 증폭기 필터 회로는 대역폭 내에서 EMI와 PCB의 잡음을 크게 줄일 수 있음에도 크게 활용되지 못하고 있다.
본 발명의 일실시예에서는 기생적 커패시턴스(CP)을 통해 입력 신호로 커플링된 DM 잡음을 얻기 위한 차동 연산 증폭기 회로를 설계한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드에서 능동 연산 증폭기 필터 회로의 DM 및 CM 입력 노이즈 감소 회로를 나타낸 예시도이다.
도 2에서 DM 잡음을 얻기 위하여 1% 이하의 R2와 온도 특성이 낮고(NPO, COG) 허용공차가 5% 이하인 C1을 통해 차단 주파수를 희망 신호 대역폭 바로 위에 설정하여 고주파수를 10진 저항마다 20dB씩 감쇠시켰다.
회로에서 공통모드(CM) 잡음 소스들도 이 회로의 입력에서 잡음이 발생한다. 이러한 CM 잡음은 두 연산 증폭기 입력에서 동일한 잡음전압이라 할 수 있으며, 연산 증폭기가 측정하거나 조절하려는 의도상의 차동 모드에는 속하지 않는다. 연산 증폭기의 주된 장점은 그 차동 입력 스테이지 아키텍처와 차동 증폭기로 구성되었을때, CM 잡음을 거부할 수 있는 능력에 있다.
CMRR(Common Mode Rejection Ratio)는 모든 증폭기에 지정돼 있지만, 회로의 전체 CMRR에 반드시 입력 효과와 피드백 레지스터가 포함되어야 한다. 또한 레지스터 변화는 CMRR에 크게 영향을 미치므로 허용공차가 0.01%의 우수한 매칭 레지스터를 사용하여 CMRR을 달성하였다. 잡음이 회로의 능동 대역폭 내에 있을 때 CM 잡음을 OP AMP 회로의 CMRR 거부 레벨은 식 (1)을 사용하여 계산하였으며 CMRRTOTAL은 식 (2)를 이용해 dB로 변환시켰다.
(수학식 1)
Figure 112017092882696-pat00001
(수학식 2)
Figure 112017092882696-pat00002
식 (1)에서 AV는 연산 증폭기의 폐회로 게인을 나타내고 RTOL은 R1과 R2의 허용공차의 백분율값을 나타내고 CMRRAMP는 CMRR에 대한 10진 형식의 데이터시트 지정을 나타낸다.
이후 연산 증폭기의 RFI에 대한 내성 강화를 위하여 DM 및 CM 필터를 사용하여 차이-증폭기를 구성한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드에서 수동 EMI/RFI 입력 필터로 개선된 고주파수 내성회로이다.
해당 회로는 외부 EMI/RFI 필터를 연산 증폭기의 입력에 추가한 것으로 내부 EMI 필터가 포함돼 있지 않은 디바이스 설계의 유일한 방법으로 더 높은 EMI 주파수에 대응한다. 입력 필터가 없을 때 이 회로 Gain은 로 수동 입력 필터를 추가하여 CDM 커패시터가 그 증폭기의 위상 마진을 줄이지 않도록 R3를 사용한다. DM Lowpass 필터는 2개의 R1, CCM과 CDM로 구성하고 CM Lowpass 필터는 양쪽 R1과 양쪽 CCM을 사용한다. 식(3)과 식(4)는 DM 및 CM 필터의 -3dB 차단 주파수에 관한 방정식이다.
(수학식3)
Figure 112017092882696-pat00004
(수학식4)
Figure 112017092882696-pat00005
수학식 3, 4에서 fC_DM은 연산 증폭기에서 희망하는 대역폭 위의 주파수로 설정하고 높은 주파수를 위하여 CDM보다 1/10 이상 작게 설정하여 fC_DM에 미치는 영향을 최소화한다. fC_CM은 fC_DM보다 더 높은 주파수에 설정되었으며 EMI 경화 디바이스를 이용하여 설계를 간소화한다.
다음으로 EMI 필터 결합회로(130)를 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 CM 노이즈 진행 경로를 나타낸 예시도이다.
CM 노이즈는 Line과 접지사이에 존재하는 ESC(기생 커패시터)
Figure 112017092882696-pat00006
에 의해
Figure 112017092882696-pat00007
만큼 발생하고 LISN에서 노이즈 전압의 크기는
Figure 112017092882696-pat00008
이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드에서 CM 능동 EMI 필터를 나타낸 예시도이다.
CM 노이즈는 상기 회로와 같이 중성선과 접지 사이에 기생 커패시터에 의한 경로로 누설되어 흐르는 전류로 나타나므로 노이즈 전류와 위상이 180도인 전류를 선과 중성선에 주입하여 노이즈 전류가 LISN으로 유입되는 것을 차단한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 DM 노이즈 진행 경로를 나타낸 예시도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 DM 노이즈 EMI Filter를 나타낸 예시도이다.
도 6의 DM 노이즈 경로에서 DM 노이즈는 정류용 벌크 C의 기생 인턱턴스와 기생저항이 결합하여 전압원
Figure 112017092882696-pat00009
의 형태로 발생하므로 도 7에 도시된 바와 같이, DM 노이즈 EMI Filter는 발생된 노이즈 진폭의 크기와 동일한 전압을 만들어 Trans를 통해 중성선에 주입하여 제거한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드의 CM-DM 결합 필터를 나타낸 예시도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 Dash Camera의 EMI 대응 보드에서 Dash camera는 회로의 간략화를 위하여 EMI 소스의 노이즈를 분리하여 보상해 주기 위하여 노이즈 분리기를 설치하여 CM과 DM 능동필터를 동시에 보상한다.
이하, 본 발명에서 제안한 구성의 응용을 설명을 하면 다음과 같다.
본 발명은 본 발명에서 추구하고자 하는 구성의 원리와 그 원리에 대한 이해를 돕고자 본 발명의 구성과 그 구성에 포함되는 구체적인 구성요소를 도면화하고 그 도면을 기반으로 하여 설명을 한 것이며, 본 발명에 포함되는 구성 및 그 구체적인 구성요소는 추구하고자 하는 원리를 감안하여 구조, 형태, 모양, 배치, 방향, 수량이 결정되며, 이를 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있을 것이다. 본 발명에서 제시한 구성 및 그 구체적인 구성요소는 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명에서 얻고자 하는 효과와 그 효과로부터 더 나은 효과를 얻기 위해 어떠한 원리를 적용하는 것이 가장 바람직한 것인지를 예시한 것이다. 이에 따라서 본 발명은 상술한 구성들을 모두 포함하여 본 발명은 완성하는 것이 가장 바람직하나, 원가절감, 제조의 편의성, 환경조건 또는 필요에 따라 상기에서 설명한 구성 중 일부를 선택 또는 배제하여 완성할 수 있고, 하나 또는 일부의 구성을 따로 떼어내어 다른 구성과 병합하여 완성할 수도 있다. 그리고 상기에서 설명한 각 구성은 원리, 용도, 기능, 역할, 작용, 효과 등을 감안하여 이 기술분야가 아닌 다른 기술분야에 독립적으로 적용될 수 있을 것이다.
이상으로, 본 발명의 설명을 모두 마치며, 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 기술자라면 상술한 구체적인 내용을 통해 본 발명에서 추구하고자 하는 요지를 충분히 파악할 수 있을 것으로 보이고, 더 이상 설명하지 않아도 설명하지 않은 부분에 대해서도 충분히 유추 가능할 것이라 보이며, 이에 본 발명의 청구항은 상술한 설명을 기반으로 하여 권리범위를 가능한 포괄하는 범위로 특정하여 청구할 수 있을 것이고, 이를 통해 이 기술분야 및 이와 연관된 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명에서 언급한 내용을 기초로 하여 해당분야에 다양하게 수정 및 변경하여 적용할 수 있을 것이며, 이로 말미암아 이 기술분야 및 이와 연관된 기술분야의 발전은 물론 사용상의 효율성을 더욱더 증대시킬 수 있을 것이다.
110 : 전방위 렌즈부 111 : 전방위 렌즈
112 : 이미지 센서 113 : ISP
114 : 내장 배터리 115 : G-Sensor
116 : GPS 117 : Buzzer
118 : SD card 119 : WiFi Board
120 : 노이즈 감소회로부 130 : 능동 EMI Filter 결합회로부
131 : CD EMI필터 132 : DM EMI필터
140 : 고주파수 내성회로 141 : 수동 입력필터
142 : DM Lowpass필터 143 : CM Lowpass필터
144 : 저항R3

Claims (5)

  1. 기생적 커패시턴스를 통해 입력신호로 커플링된 잡음을 얻기 위한 노이즈 감소회로부; 및
    상기 노이즈 감소회로부를 통한 EMI 소스의 노이즈를 CM과 DM 능동필터로 분리하여 동시에 보상하는 능동 EMI Filter 결합회로부;를 포함하되,
    R2/R1을 게인으로 하는 수동 입력 필터와,
    2개의 저항 R1, CCM과 CDM 커패시터로 구성하는 DM Lowpass필터와,
    2개의 저항 R1, CCM 커패시터로 구성하는 CM Lowpass필터 및
    상기 CDM 커패시터가 증폭기의 위상 마진을 유지하도록 하는 저항R3로 구성된 고주파수 내성회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 Dash Camera의 EMI 대응 보드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노이즈 감소회로부는 차단 주파수를 희망 신호 대역폭 바로 위에 설정하여 고주파수를 10진 저항마다 20dB씩 감쇠시켜 잡음을 얻는 것을 특징으로 하는 Dash Camera의 EMI 대응 보드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동 EMI Filter 결합회로부는 중성선과 접지 사이에 기생 커패시터에 의한 경로로 누설되어 흐르는 전류로 나타나는 노이즈 전류와 위상이 180도인 전류를 주입하여 노이즈 전류가 유입되는 것을 차단하는 CM EMI필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 Dash Camera의 EMI 대응 보드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 능동 EMI Filter 결합회로부는 발생된 노이즈 진폭의 크기와 동일한 전압으로 트랜스(Trans)를 통해 중성선에 주입하여 제거하는 DM EMI필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 Dash Camera의 EMI 대응 보드.
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