KR20140081224A - 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터 - Google Patents

신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터 Download PDF

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    • H03H7/09—Filters comprising mutual inductance

Abstract

본 발명은 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터는, 공통 모드 필터의 베이스를 이루는 자성체 기판; 상기 자성체 기판의 표면에 형성되며, 회로에서 발생하는 공통 모드 노이즈를 제거하기 위한 제1 도체 코일부; 및 상기 제1 도체 코일부와 전기적으로 연결되어 제1 도체 코일부의 상층부에 형성되며, 상기 제1 도체 코일부에 의한 노이즈 제거에 따른 회로의 신호 감소분을 보상하기 위한 제2 도체 코일부를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 공통 모드 노이즈 제거용 도체 코일부 외에 신호 감소분 보상용 도체 코일부를 더 구비함으로써, 신호에 대한 노이즈 필터링 후 감소된 차동전송 신호의 감소분을 보상할 수 있고, 노이즈 대비 신호의 크기가 증폭됨에 따라 소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 소자와 연결되는 외부기기의 상태에 따라 발생할 수 있는 예상치 못한 노이즈로부터 신호를 보호할 수 있다.

Description

신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터{Common mode filter having signal compensating function}
본 발명은 공통 모드 필터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 공통 모드 필터에 노이즈가 필터링된 신호의 신호 감소분을 보상하여 손실 없이 신호를 전송할 수 있는 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터에 관한 것이다.
전자 소자의 다기능화 및 소형화에 따라 차동 전송 방식(differential transmission mode)을 이용하는 고속 인터페이스(USB 2.0, USB 3.0, HDMI 등)와 같은 회로에서는 공통 모드 노이즈(common mode noise)가 필연적으로 발생하게 된다.
현재 공통 모드 필터는 자성체 주위를 같은 방향으로 감싸고 있는 도체 코일들로부터 임피던스(impedance)를 발생시켜 이러한 공통 모드 노이즈를 제거하는 원리를 이용한다.
여기서, 공통 모드 노이즈를 비롯한 대부분의 노이즈 필터에서 발견되는 공통적인 현상은 필터링 기능에 의해 신호에 섞여 있는 노이즈가 제거될 때, 신호의 크기가 함께 감소된다는 것이다. 또한, 노이즈 필터에 의해 크기가 감소된 신호가 다른 소자들을 거치면서 반복적으로 신호의 크기가 더 감소된다. 이는 결국 소자의 오작동을 일으키게 되며, 이러한 현상은 특히 고주파 영역의 신호를 이용하게 될수록 더욱 뚜렷해진다.
한편, 공통 모드 노이즈의 필터링 후 크기가 작아진 신호의 보상을 위한 별도의 구조를 구비한 공통 모드 필터는 현재까지는 존재하지 않는다. 현재까지의 공통 모드 필터는 공통 모드 노이즈를 제거하기 위한 다수의 도체 코일부 구조가 포함된 다층 박막구조로 이루어져 있다. 도체 코일부는 동일한 방향으로 전기신호가 흐르도록 설계된 다수의 도체 코일부로 이루어져 있다.
신호 전류는 두 가닥의 도선을 왕로와 귀로로 하는 차동 모드(differential mode)이기 때문에, 왕로와 귀로의 각 코일 중심에서 발생하는 자속은 서로 역방향이 되어 상쇄되고 신호 전류는 흐르게 된다. 또한, 공통 모드 노이즈 전류는 동일 방향으로 흐르기 때문에 코어에서 발생하는 자속은 합성되어 강해진다. 그 결과, 노이즈 억제 작용이 강해져서 공통 모드 노이즈 전류는 제거된다.
전술한 바와 같이, 이상과 같은 노이즈의 제거 시 기본적으로 신호의 절대 크기가 동시에 감소하게 된다.
미국 특허공보 US 6,940,973 일본 공개특허공보 특개2009-148162
본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 공통 모드 필터에 노이즈가 필터링된 신호의 신호 감소분을 보상하기 위한 수단을 부가함으로써, 신호 감소를 보상하여　신호를 손실 없이 전송할 수 있는 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터는,
공통 모드 필터의 베이스를 이루는 자성체 기판;
상기 자성체 기판의 표면에 형성되며, 회로에서 발생하는 공통 모드 노이즈를 제거하기 위한 제1 도체 코일부;
상기 제1 도체 코일부와 전기적으로 연결되어 제1 도체 코일부의 상층부에 형성되며, 상기 제1 도체 코일부에 의한 노이즈 제거에 따른 회로의 신호 감소분을 보상하기 위한 제2 도체 코일부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 제2 도체 코일부는 1차 코일과 2차 코일로 구성되고, 바람직하게는 2차 코일의 권선수(n2)가 1차 코일의 권선수(n1) 보다 더 크도록 구성된다.
또한, 상기 1차 코일과 2차 코일은 동일한 자성체 코어에 권취된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 공통 모드 노이즈 제거용 도체 코일부 외에 신호 감소분 보상용 도체 코일부를 더 구비함으로써, 신호에 대한 노이즈 필터링 후 감소된 차동전송 신호의 감소분을 보상할 수 있고, 노이즈 대비 신호의 크기가 증폭됨에 따라 소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 소자와 연결되는 외부기기의 상태에 따라 발생할 수 있는 예상치 못한 노이즈로부터 신호를 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터의 구조를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터에 대한 세부 기능을 도식적으로 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터에 있어서, 신호보상용 제2 도체 코일부의 1차 코일과 2차 코일의 권취수의 관계를 설명하는 도면.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터의 구조를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터 (100)는 자성체 기판(110), 제1 도체 코일부(120) 및 제2 도체 코일부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 자성체 기판(110)은 공통 모드 필터의 베이스를 이룬다. 이와 같은 자성체 기판(110)의 재질로는 투자율(透磁率)이 좋은 재질이면 모두 사용 가능하다. 예를 들면, 자성체 기판(110)의 재질로 철, 규소강, 퍼멀로이(permalloy), 망간, 아연, 페라이트(ferrite) 등이 사용될 수 있다. 즉, 자성체 기판(110)은 철, 규소강, 퍼멀로이(permalloy), 망간, 아연, 페라이트(ferrite) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합체로 구성될 수 있다.
상기 제1 도체 코일부(120)는 상기 자성체 기판(110)의 표면에 형성되며, 회로에서 발생하는 공통 모드 노이즈를 제거하는 역할을 한다. 여기서, 이와 같은 제1 도체 코일부(120)는 단층 구조로 구성될 수도 있지만, 바람직하게는 복수의 층 구조로 구성된다. 이는 복수의 층 구조로 할 경우, 그만큼 도체 코일의 감김횟수(권취수)가 증가되고, 그에 따라 코일에 전류가 흐를 때 발생하는 자속량이 증대되어 노이즈를 충분히 제거할 수 있기 때문이다.
상기 제2 도체 코일부(130)는 상기 제1 도체 코일부(120)와 전기적으로 연결되어 제1 도체 코일부(120)의 상층부에 형성되며, 상기 제1 도체 코일부(120)에 의한 노이즈 제거에 따른 회로의 신호 감소분을 보상하는 역할을 한다. 도 1에서 참조번호 140은 도체 코일, 150은 도체 코일과 외부 전극을 연결하는 리드선, 160은 외부 전극, 170은 자성복합체로 구성된 코어(core)를 각각 나타낸다.
여기서, 상기 제2 도체 코일부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 1차 코일 (131)과 2차 코일(132)로 구성되고, 바람직하게는 2차 코일(132)의 권선수(n2)가 1차 코일(131)의 권선수(n1)보다 더 크도록 구성된다.
또한, 상기 1차 코일(131)과 2차 코일(132)은 동일한 자성체(자성복합체) 코어(170)에 권취된다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 공통 모드 필터는 노이즈 필터링된 신호의 신호 감소분을 보상하는 역할의 도체 코일층(제2 도체 코일부(130))을 기존의 공통 모드 필터의 도체 코일층(제1 도체 코일부(120))에 추가한 구조로서, 그 핵심 원리는 동일한 폐회로 구조의 자성체에 감겨있는 두 도체 코일 구조를 이용하는 것이다.
여기서, 두 도체 코일은 그 감김 횟수(권선수)가 서로 달라야 한다. 코일의 감김 횟수가 서로 다를 경우, 두 코일 간에는 전자유도 작용이 발생하게 된다. 즉, 일측의 코일(입력부)에 공급된 신호가 타측의 코일로 입력될 때 다음과 같은 관계가 성립하게 된다.
즉, 신호보상 역할을 하는 제2도체 코일부(130)의 두 코일(131,132)의 코일수를 n1(1차 코일), n2(2차 코일)라고 할 때, 1차 코일(131)에 교류신호가 입력되면 1차 코일(131)에 흐르는 전류에 의해 1차 코일(131)측 자성체(170)에 자속이 발생하고, 그 자속은 자성체(170)를 통해 2차 코일(132)을 교차(쇄교)하게 된다. 이때, 2차 코일(132) 내부의 자성체(170)에는 1차 코일(131)에 의한 자속의 변화를 방해하는 방향으로 자속이 발생하고, 이 자속에 의해 기전력이 발생하여 전류가 흐르게 된다. 이때, 1차 코일(131)에 입력된 신호에 대한 2차 코일(132)의 신호는 다음과 같은 수식 관계로 표현할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, V1은 공통 모드 노이즈가 제거된 직후 신호의 크기가 감소된 신호의 크기, 즉, 1차 코일(131)에 입력되는 신호(전압)의 크기를 의미하며, V2는 2차 코일 (132)에서 출력되는 신호(전압)의 크기를 의미한다.
위의 수식에서 보듯이 동일한 자성체(170)에 감겨 있는 두 코일(131,132)의 코일수가 다를 경우 전자유도 작용에 의해 두 코일(131,132)의 신호(전압) 크기는 코일수에 따라 달라지게 된다.
즉, 2차 코일(132)의 코일수(n2)가 1차 코일(131)의 코일수(n1)보다 많을 경우 그 상대비인 n2/n1　만큼 입력신호가 증폭되어 출력된다.
도 2는 이상과 같은 본 발명의 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터에 대한 세부 기능을 도식적으로 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 필터가 적용되는 전자소자의 종류 및 위치에 따라 발생되는 공통 모드 노이즈의 크기가 달라지므로, 신호 보상용 제2 도체 코일부(130)의 코일수(n1,n2)는 이에 맞게 달라지게 된다. 차동 전송 회로에서 입력되는 180도 위상의 신호는 입력X, 입력Y 단자로 각각 입력되고, 노이즈 제거용의 제1 도체 코일부(120))를 지나면서 노이즈가 제거된 후 다시 신호보상용 제2 도체 코일부(130)로 각각 입력된다.
상기 제2 도체 코일부(130)에서 전자유도 작용에 의해 감소된 신호분만큼 신호가 증폭되어 외부 전극(160)을 통해 소자내 회로로 전달되게 된다. 그리고, 이러한 원리를 이용하여 본 발명의 신호보상 기능을 구비한 공통 모드 필터를 제작할 수 있게 된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터는 공통 모드 노이즈 제거용 도체 코일부 외에 신호 감소분 보상용 도체 코일부를 더 구비함으로써, 신호에 대한 노이즈 필터링 후 감소된 차동전송 신호의 감소분을 보상할 수 있다.
또한, 노이즈 대비 신호의 크기가 증폭됨에 따라 소자의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소자와 연결되는 외부기기의 상태에 따라 발생할 수 있는 예상치 못한 노이즈로부터 신호(회로)를 보호할 수 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110...자성체 기판 120...제1 도체 코일부
130...제2 도체 코일부 131...1차 코일
132...2차 코일 140...도체 코일
150...리드선 160...외부 전극
170...자성체 코어

Claims (5)

  1. 공통 모드 필터의 베이스를 이루는 자성체 기판;
    상기 자성체 기판의 표면에 형성되며, 회로에서 발생하는 공통 모드 노이즈를 제거하기 위한 제1 도체 코일부;
    상기 제1 도체 코일부와 전기적으로 연결되어 제1 도체 코일부의 상층부에 형성되며, 상기 제1 도체 코일부에 의한 노이즈 제거에 따른 회로의 신호 감소분을 보상하기 위한 제2 도체 코일부를 포함하는 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도체 코일부는 1차 코일과 2차 코일로 구성되고, 2차 코일의 권선수(n2)가 1차 코일의 권선수(n1) 보다 더 크게 구성된, 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 1차 코일과 2차 코일은 동일한 자성체 코어에 권취된, 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자성체 기판은 철, 규소강, 퍼멀로이(permalloy), 망간, 아연, 페라이트(ferrite) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합체로 구성된, 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도체 코일부는 복수의 층 구조로 구성된, 신호보상 기능을 갖는 공통 모드 필터.
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