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Oct 03, 2023

SNJ(스위칭 잡음 지터) 이해 및 최소화

나는 50년 동안 아날로그 및 전력 회로 설계자로 스위칭 전원 공급 장치를 설계해 왔습니다. 그것은 1972년의 나뿐만 아니라 다른 많은 신생 파워 디자이너들에게도 '흑마술'이었습니다.

나는 50년 동안 아날로그 및 전력 회로 설계자로 스위칭 전원 공급 장치를 설계해 왔습니다. 이는 1972년의 나뿐만 아니라 다른 많은 신참 전력 설계자에게도 '암흑술'이었습니다(그림 1).

저는 스위칭 잡음을 최소화하는 데 도움이 되는 스위칭 전원 공급 장치 입력 및 출력을 위한 표준 패시브 필터 기술을 설계했으며 추가 차폐 및 공기 순환을 위해 구멍이 있는 금속 케이지 내에 스위칭 전원 공급 장치를 넣었습니다. 70년대에는 SNJ(스위칭 노이즈 지터)가 무엇인지도 몰랐습니다!

이 모든 것을 염두에 두고 SNJ가 무엇인지, 그리고 이를 최소화할 수 있는 방법을 살펴보겠습니다.

스위칭 전원 공급 장치는 소음의 주요 원인이 될 수 있습니다. 여기에는 전도 노이즈의 형태로 전원 라인을 통해 흐르는 노이즈가 포함됩니다. 이 노이즈는 방사 노이즈(유해한 전자파)가 되어 전원 공급 장치 자체뿐만 아니라 다른 전자 장비에도 악영향을 미칩니다. EMC 조치를 통해 이러한 문제를 해결하지 않으면 전원 공급 장치를 바꾸는 것은 거의 쓸모가 없습니다.

많은 시스템 및 회로 설계자는 자신의 설계에 스위칭 전원 공급 장치에 스위칭 잡음 지터라는 것이 있다는 사실을 인식하지 못합니다. 이러한 종류의 잡음은 "잡음 대 잡음"이며 기존 잡음 필터는 SNJ에 미치는 영향이 매우 미미합니다.

이 기사에서는 SNJ(스위칭 노이즈 지터)의 중요성과 Harmony PI 필터 솔루션이 수많은 전자 시스템 애플리케이션에 효과적인 솔루션인 이유에 대해 설명합니다. 또한 이 기술이 가장 많이 필요한 분야 중 하나인 5G 및 6G 무선 통신에 대해서도 살펴보겠습니다. 이러한 애플리케이션의 연결 강도는 신호 선명도에 크게 좌우됩니다.

스위칭 잡음 지터는 기본적으로 스위칭 전원 공급 장치의 잡음에 대한 잡음으로, 시간 영역에서 잡음 이동을 초래합니다. 전원 공급 장치 잡음이 5G 클록 위상 잡음 성능을 심각하게 저하시킬 수 있는 5G 클록을 예로 들어 보겠습니다(그림 2 및 그림 3).

회로 설계자는 제품에 대해 가능한 최고의 동적 범위 성능이 필요합니다. 솔루션은 모든 전원 공급 장치 잡음을 필터링하여 시스템 설계에서 최고의 신호 대 잡음비(SNR)를 허용하는 데 도움이 되는 단순하고 작은 크기와 최고의 성능을 갖추어야 합니다.

이러한 라인에 따라 시스템의 동적 범위는 17fsec의 이상적인 RMS 지터에 해당하는 19fsec RMS 지터용 TransSIP의 Harmony PI 필터를 사용하여 크게 향상될 수 있습니다(그림 4).

설계자는 쌀알 크기(2.2mm × 2.6mm)만큼 작은 Harmony PI 필터를 설계 시 각 전원 공급 장치에 추가할 수 있습니다. 또한 이 필터는 PCB 공간을 총 93% 절약하는 설계에 필요한 PCB 전체 구성 요소 수를 최대 80%까지 줄일 수 있습니다.

또한 각각 15개의 구성 요소를 포함하는 3개의 개별 필터가 있는 일반적인 보드 설계는 112mm2에서 7.7mm2의 크기로 줄일 수 있습니다. 보너스로 6GHz 스펙트럼 전체에서 10dB 이상의 잡음 제거 성능이 향상됩니다(그림 5).

Harmony PI 필터는 BMS(배터리 관리 시스템) 및 PCU(전력 제어 장치)와 같은 고전력 및 제어 시스템에도 적용됩니다(그림 6).

Harmony PI 필터는 GPS(Global Positioning System)/GNSS(Global Navigation Satellite System)와 같은 많은 에너지 수확 기반 시스템에서 광범위하게 사용되고 있습니다. GNSS 애플리케이션은 그림 7에 나와 있습니다.

GPS/GNSS 수신기 배터리 수명은 "The Time To First Position Fix"(TTFF) 속도에 따라 결정됩니다. 이것은 매우 강력한 프로세스입니다. GPS 전원이 켜질 때마다 TTFF 프로세스는 일반적으로 위성 항법에 사용되는 전력의 5배 ~ 10배를 소비합니다. 설계 속도가 빨라지면 TTFF는 디지털 처리에 낭비되는 에너지를 줄입니다.

TTFF는 일반적으로 실제 신호가 약한 조건에서는 느려지며 1~2분이 일반적이며 더 길어질 수도 있습니다. 좋은 예는 TransSiP PI 지원 전원 공급 장치를 포함하도록 수정된 GPS 시계입니다. 따라서 시계는 다른 GPS 시계보다 TTFF에서 훨씬 더 빠릅니다. TransSiP PI를 사용하면 GPS 스포츠 시계의 배터리 수명이 5배 더 길어집니다. GPS 및 GNSS 위치 확인 장치의 정확도도 10배 향상됩니다(그림 8).