KR20130068644A

KR20130068644A - 직류전원의 노이즈 제거장치

Info

Publication number: KR20130068644A
Application number: KR1020110135944A
Authority: KR
Inventors: 김상원; 임선민; 정회윤; 정병장
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-06-26

Abstract

본 발명은 직류전원의 노이즈 제거장치에 관한 것으로, 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)로부터 입력되는 직류전압에 포함된 노이즈를 열로 변환하여 제거하는 적어도 하나의 페라이트 비드 및 적어도 하나의 인덕터와 캐패시터를 구비하여 직류전압의 저주파 노이즈를 제거하는 저주파 필터를 포함하며, 본 발명에 따르면 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 출력 직류전압에 발생하는 다수의 노이즈 성분을 제거할 수 있어, 송수신기의 신호대잡음비를 향상시킬 수 있고, 인지무선 시스템에 사용되는 스펙트럼 센싱 수신기에서 스퍼 성분으로 인하여 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

직류전원의 노이즈 제거장치{APPARATUS FOR REDUCING NOISE IN DC POWER SUPPLY}

본 발명은 직류전원의 노이즈 제거장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)에서 출력되는 직류전압의 노이즈를 제거하는 직류전원의 노이즈 제거장치에 관한 것이다.

최근에, 소비전력의 감소와 간단한 구조, 구현 면적의 감소, 제어의 편리성, 필요 부품의 감소 등의 장점을 가지는 직접변환(Direct Conversion) 구조의 송수신기가 많이 사용되고 있다.

또한, 이러한 직접변환 구조의 송수신기의 공급 전원으로 크기가 작고, 무게가 가벼우며, 효율성이 좋은 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS; Switching Mode Power Supply)가 주로 사용되고 있다.

스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)는 50~60[Hz] 정도의 주파수를 가지는 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하며, 스위칭 동작에 의해 다시 수십~수백[kHz] 정도의 높은 주파수 변환하는 방법을 사용한다.

또한, 이때 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)는 펄스폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 주파수를 변환함으로써 전원 이용 효율을 극대화할 수 있다.

하지만, 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)는 스위칭 동작으로 인하여 직류(DC) 출력에 수십[kHz] 이하의 스퍼(spur) 성분이 발생하는데, 이러한 스퍼 성분은 송수신기의 기저대역에서 발생하는 저주파 노이즈 성분으로서 일반적인 방법으로 제거하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 이러한 저주파 노이즈는 접지단(GND) 및 신호 라인을 타고 송수신기의 성능에 영향을 미칠 수 있으며, 직접변환 송수신기의 신호대잡음비를 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.

특히, 인지무선 시스템에서는 매우 낮은 레벨의 TV 신호를 검출해야 하므로 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 저주파 노이즈 성분은 스펙트럼 센싱 수신기의 수신 밴드 내에 스퍼 성분으로 나타나게 되고, 이러한 스퍼 성분은 센싱 알고리즘의 에러를 발생시키는 요인이므로 반드시 제거될 필요가 있다.

일반적인 송수신기의 구조에서 저주파 노이즈 성분은 신호대잡음비를 크게 저하시키지 않는 레벨에서 허용이 되지만, 인지무선 시스템의 경우에 미국 연방통신위원회(FCC; Federal Communications Commission)의 요구규격인 -114[dBm]의 TV 신호 검출을 위해서는 열잡음(Thermal Noise) 레벨보다 큰 노이즈 성분이나 스퍼 성분은 반드시 제거되어야 한다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개공보 제10-2010-0043390호 '스위칭 모드 전력 공급 장치' (2010.04.29)에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 출력 직류전압에 발생하는 노이즈를 감소 또는 제거하여 일반적인 송수신기나 스펙트럼 센싱 수신기 등의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 직류전원의 노이즈 제거장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치는 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)로부터 입력되는 직류전압에 포함된 노이즈를 열로 변환하여 제거하는 적어도 하나의 페라이트 비드; 및 적어도 하나의 인덕터와 캐패시터를 구비하여 상기 직류전압의 저주파 노이즈를 제거하는 저주파 필터를 포함한다.

본 발명에 따르면, 노이즈 제거 회로를 이용하여 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 스위칭 동작에 의해 출력 직류전압에 필연적으로 발생하는 다수의 노이즈 성분을 제거할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)의 직류 노이즈를 제거함으로써, 송수신기의 신호대잡음비를 향상시킬 수 있고, 인지무선 시스템에 사용되는 스펙트럼 센싱 수신기에서 스퍼 성분으로 인하여 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치를 포함하는 전원공급 시스템의 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치의 회로구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치를 사용하지 않은 경우에 스펙트럼 센싱 수신기의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치를 사용한 경우에 스펙트럼 센싱 수신기의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치를 이용한 인증방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치를 포함하는 전원공급 시스템의 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치의 회로구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원공급 시스템은 전원공급부(10), 라인필터(20), SMPS(30), 노이즈 제거부(40) 및 송수신기(50)를 포함한다.

전원공급부(10)는 SMPS(30)에 교류전원을 공급한다.

이때, 전원공급부(10)는 100[V]나 220[V] 등의 상용 교류전원을 공급할 수 있다.

라인필터(20)는 전원공급부(10)로부터 SMPS(30)에 공급되는 교류전원에 포함되어 있는 노이즈 성분을 제거하거나, 이를 문제가 되지 않는 한계레벨 이하로 감소시켜 SMPS(30)에 안정적인 교류전원이 공급되도록 한다.

이러한 라인필터(20)의 동작에 의해 기기나 시스템에서 발생한 노이즈가 전원공급부(10)의 입력단자(미도시)에서 전원 라인측으로 방출되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 기기나 시스템의 전력 공급 효율의 저하를 방지할 수 있다.

SMPS(30)는 전원공급부(10)로부터 라인필터(20)를 통해 공급되는 교류전압을 입력받고, 이를 직류전압으로 출력하여 송수신기(50)에 공급한다.

이러한 SMPS(30)는 입력되는 교류전압을 직류전압으로 변환하고, 펄스폭 변조(PWM) 방식을 이용하여 송수신기(50)에서 요구하는 적절한 레벨의 직류전압을 출력할 수 있다.

이때, SMPS(30)에서는 스위칭 동작이 수행되기 때문에, SMPS(30)의 출력 직류전압에는 다수의 리플을 포함한 노이즈 성분이 발생하게 되고, 이는 송수신기(50)의 신호대잡음비 성능을 저하시키는 요인이 된다.

따라서, 노이즈 제거부(40)가 SMPS(30)와 송수신기(50) 사이에 접속되어 SMPS(30)로부터 입력되는 직류전압의 노이즈를 제거하여 송수신기(50)로 출력한다.

이러한 노이즈 제거부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 페라이트 비드(41) 및 저주파 필터(43)를 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 페라이트 비드(41)는 노이즈 제거부(40)의 입력단및 출력단 측에 각각 접속될 수 있으며, SMPS(30)로부터 입력되는 직류전압에 포함되어 있는 노이즈를 열로 변환하여 제거한다.

이러한 페라이트 비드(41)는 인덕턴스 성분을 가지고 있기 때문에, 투자율이 높은 페라이트 비드(41)를 사용하게 되면 인덕턴스가 증가하여 고주파 성분의 신호를 차단할 수 있다.

따라서, 페라이트 비드(41)는 SMPS(30)의 출력 직류전압에 포함된 고주파 노이즈 성분을 제거할 수 있다.

저주파 필터(43)는 적어도 하나의 인덕터 및 캐패시터를 구비하여 SMPS(30)로부터 입력되는 직류전압에 포함되어 있는 저주파 노이즈 성분을 제거한다.

이러한 저주파 필터(43)를 구성하는 인덕터와 캐패시터는 저주파 필터링을 수행할 수 있는 다양한 조합으로 구성될 수 있다.

이때, 저주파 필터(43)는 큰 용량의 인덕터와 캐패시터를 이용해 매우 낮은 저지대역을 갖는 저주파 필터링을 수행할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 저주파 필터(43)는 페라이트 비드(41)에 의해 일부 제거된 수 [kHz] 이상의 스퍼 성분들을 추가로 제거할 수 있다.

송수신기(50)는 SMPS(30)로부터 노이즈 제거부(40)를 통해 공급되는 직류전압을 이용하여 송수신을 수행하는 장치로서, 일반적인 RF(Radio Frequency) 송수신기나 인지무선 시스템에서 사용되는 스펙트럼 센싱 수신기일 수 있다.

이와 같은 노이즈 제거부(40)의 동작에 의해 SMPS(30)의 출력 직류전압에 발생하는 다수의 노이즈 성분을 제거할 수 있어, 송수신기(50)의 신호대잡음비를 향상시킬 수 있고, 인지무선 시스템에 사용되는 스펙트럼 센싱 수신기에서 스퍼 성분으로 인하여 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치를 사용하지 않은 경우에 스펙트럼 센싱 수신기의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치를 사용한 경우에 스펙트럼 센싱 수신기의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.

도 3과 도 4는 입력 신호가 없는 경우에 대한 시뮬레이션 결과로서, 본 발명에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치를 사용하지 않은 도 3의 스펙트럼 센싱 수신기의 경우, 수십~수백 [kHz]의 스퍼 성분이 발생하는 것을 확인할 수 있다.

반면, 본 발명에 따른 직류전원의 노이즈 제거장치를 사용한 도 4의 스펙트럼 센싱 수신기의 경우, 수십~수백 [kHz]의 스퍼 성분이 모두 제거되었음을 확인할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 SMPS(30)로부터 전원을 공급받는 장치로 송수신기(50)를 예로 들어 설명하였으나, 설명의 편의를 위해 예로 든 것에 불과하여 이에 한정되는 것은 아니라 할 것이며, 본 발명은 SMPS(30)로부터 전원을 공급받는 모든 전자장치 및 시스템에 적용될 수 있다고 할 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

10 : 전원공급부
20 : 라인필터
30 : SMPS
40 : 노이즈 제거부
41 : 페라이트 비드
43 : 저주파 필터
50 : 송수신기

Claims

스위칭 모드 전원 공급 장치(SMPS)로부터 입력되는 직류전압에 포함된 노이즈를 열로 변환하여 제거하는 적어도 하나의 페라이트 비드; 및
적어도 하나의 인덕터와 캐패시터를 구비하여 상기 직류전압의 저주파 노이즈를 제거하는 저주파 필터를 포함하는 직류전원의 노이즈 제거장치.