전력선 통신모뎀의 필터 설계

전력선 통신 모뎀을 만들때 대부분 칩에서 제공하는 성능에만 올인하는 경우가 있습니다. 일반적인 모뎀의 경우는 당연한 얘기지만 전력선 모뎀의 경우 아무래도 통신을 전력선에 하다보니 이 전력선에 영향을 줄 수 있는 모든걸 검토해봐야 합니다.




그 중에 가장 영향이 클 수 있는 부분이 모든 모뎀에 사용될 파워서플라이 파트입니다. 당연히 전기를 가져다 모뎀을 구동하고 사용하기에 모든 전자제품에 필요한 부분입니다. 특히 요즘 대부분의 파워서플라이는 크기와 성능을 위해 SMPS를 사용합니다. 그런데 이때 SMPS는 스위칭 주파수가 발생하는 하모닉주파수가 통신주파수에 영향을 주는 경우가 있을 수 있습니다. 특히 듀얼 프리퀀시방식을 사용하는 애쉴론의 전력선 통신 칩에는 통신주파수 대역에 노이즈로 작용할 수 있습니다.




물론 SPMS도 모뎀설계에 반영하여 스위칭 주파수를 잘 골라 사용하면 됩니다만 부득이 하게 기존의 SMPS를 사용한다면 발생할 수 있는 노이즈를 차단해줘야 합니다. 그리고 노이즈뿐만 아니라 SMPS의 자체 인증기준 통과나 다른 이유로 큰 캐패시터를 사용하여 통신 임피던스에 영향을 주는 경우도 있을 수 있습니다. 이번 포스팅에서는 이런 경우 어떻게 노이즈 마스킹 및 임피던스 보상회로를 꾸미는지에 대해 알아보려 합니다.

만약 SMPS도 설계 단계에서 같이 고려한다면 스위칭 주파수로 아래 주파수 대역 사용을 권장합니다.

먼저 임피던스에 대해 얘기해볼까 합니다.


일반적으로 SMPS를 사용할때는 아래 그림처럼 캐패시터등을 이용해서 EMC필터링을 포함하고 있습니다. 이런경우 일반적으로 시그널의 감쇠요인으로 작용하게 됩니다.

이 경우 SMPS와 전력선라인사이에 직렬 인덕터를 추가함으로써 이런 시그널 감쇠를 방지할 수 있습니다.

우리가 사용하고 있는 일반적인 전기라인에서 전력선 통신 모뎀의 통신 주파수 임피던스는 1-20옴사이입니다. 따라서 파워서플라이의 입력 임피던스가 100옴정도면 시그널 감쇠를 보상할 수 있는 충분한 양이 될 수 있습니다. 빌딩의 경우 시스템 임피던스가 50옴까지 될 수 있기때문에 최소 입력임피던스를 250옴으로 설계하기를 권장하게 됩니다.

예측할 수 있는 각 환경별 임피던스입니다. 일반적인 건물에서는 앞서 얘기한것과 같이 최소 200옴의 입력임피던스를 권장하며 그 이상의 거리와 많은 모뎀수가 연결될 경우 더 큰 입력임피던스를 권장합니다.

또한 인덕터를 사용하게 될때 한가지 더 제약사항이 존재합니다. 이 충분한 입력임피던스를 위해 인덕터를 사용할때 스위칭서플라이의 캐패시턴스와 결합하게 된다면 LC 공진주파수가 통신주파수(110Khz - 138Khz)로부터 최소 한옥타브 이상 떨어져 있어야 합니다. 이 직렬 공진은 뜻하지 않게 통신주파수의 임피던스를 낮추는 역할을 할 수가 있기 때문입니다.

또한 현실적인 문제로 값이 큰 인덕터를 사용할 경우 그 부품의 사이즈가 아마 너무 크거나 가격도 비쌀 수 있을겁니다.

이런 사이즈 및 가격문제를 해결하는 방법으로 단일 인덕터대신 RLC회로로 대체될 수 있습니다.

위 그림과 같이 전력라인과 SMPS사이에 RLC회로를 추가함으로써 임피던스 보상 효과를 볼 수 있습니다. 이 RLC회로는 C밴드구역에서 최소 200옴이상의 직렬 임피던스를 제공하게 됩니다.




그리고 다음은 노이즈입니다. 아주 간단합니다. LC를 통해 그냥 통신주파수 대역의 노이즈를 막아주면 됩니다.

따라서 아래 기본 필터링회로면 노이즈 및 임피던스 문제를 해결해 줄 수 있는 회로가 완성됩니다.

자 그럼 더 좋은 전력선 통신을 만드는데 꼭 필요한 필터링에 대해 알아봤습니다.!!!

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