인프런 커뮤니티 질문&답변
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커플링 캐패시터 질문
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안녕하세요. 삼코치님 질문사항이 있습니다.
Analog 인풋 시그널을 넣어주실때 아날로그 시그널에서 발생하는 노이즈 제거 목적으로 디커플링 캡을 추가한 것으로 이해를 했는데요.
추가로, 아날로그 채널간 사이에 아래와 같이 커플링 캡을 추가하셨는데,,, 어떤 이론?으로 어떻게 제거가 되는지 설명 가능할까욥....
고민을 조금 해봤는데,,,, 이런 느낌일까요?
직관적으로 이해를 하고 싶은데,,, EMI에 의해 다른 채널 신호가 흔들려서 노이즈가 발생하는데,,, 저주파에 해당하는 아날로그 신호는 직렬로 빼주고 고주파에 해당하는 노이즈는서로 만나서 상쇄되는 느낌인가요?
아니면,,,각각의 디캡을 달아줬으니,,, 디캡위치로 노이즈가 제거 되는게 맞는건가요?
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안녕하세요, 답변 남겨드립니다.
올려주신 그림들을 보면 아날로그 입력 채널(CH1, CH2) 사이에 커플링 커패시터를 추가해 놓은 구조를 질문해 주신 것 같습니다. 이 구조는 단순히 디커플링(Decoupling) 목적과는 조금 다른, 공통 모드 노이즈 억제 및 채널 간 크로스토크 감소를 위한 기법으로 이해하시면 됩니다.
먼저 각 채널에 붙는 커패시터(세 번째 그림처럼 GND로 떨어지는 구조)는 전통적인 디커플링 방식입니다. 각 신호 라인이 고주파 노이즈를 GND로 빠르게 바이패스하여, 아날로그 신호 경로에는 저주파(유효 신호)만 통과시키는 역할을 합니다. 여기서 커패시터는 사실상 주파수에 따른 저항 성분(Xc = 1 / (2πfC))을 제공하는데, f가 높아질수록 임피던스가 낮아져 고주파 성분은 우선적으로 GND로 빠집니다.
하지만 두 번째 그림처럼 두 채널 사이에 커패시터를 직접 연결하는 경우는 조금 다른 개념이 작동합니다. 이 경우 커패시터는 CH1과 CH2의 공통 모드 성분을 서로 연결하는 경로를 형성합니다. 만약 외부 EMI나 전원 라인의 노이즈가 두 채널에 공통적으로 유입되면, 두 신호선이 커패시터를 통해 서로 전류를 흘려 "공통 모드 루프를 닫아버리기" 때문에 실제 차동 성분으로 변환되지 않고 상쇄되는 효과가 납니다. 즉, 두 채널 사이에 다리를 만들어 줌으로써 노이즈가 신호선 내부에서 서로 해소되는 구조입니다.
현업 사례로 보면, 오디오 회로나 고해상도 ADC 입력부에서 이 기법이 자주 쓰입니다. 예를 들어 스테레오 입력 라인에서 EMI 노이즈가 동일하게 들어올 경우, CH1-CH2 사이에 수 pF ~ 수십 pF 수준의 커패시터를 연결하면, 노이즈는 이 경로를 통해 공통 모드로 빠져나가고 실제 음성 신호(수 Hz ~ 수 kHz)는 큰 영향을 받지 않습니다. 이렇게 하면 채널 간 크로스토크(crosstalk)가 줄고, SN비가 개선됩니다.
즉, 질문해주신 "저주파 아날로그 신호는 그대로 통과시키고, 고주파 노이즈만 상쇄되는가?"라는 직관이 맞습니다. 다만 상쇄의 메커니즘이 “두 채널이 서로 만나서 지워진다”라기보다, “공통 모드 성분이 커패시터를 경유해 빠르게 루프를 형성하므로 차동 모드로 변환되지 않고 그대로 우회된다”라고 보시면 더 정확합니다.
정리하자면
채널별 GND로의 커패시터 → 각 신호선의 고주파 노이즈를 개별적으로 우회 제거
채널 간 커패시터 → 두 채널에 공통으로 들어온 노이즈를 묶어주어 차동 성분으로 변환되는 것을 방지
이 두 가지가 결합되어 아날로그 입력 신호가 안정화됩니다.
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안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. 박진호님께서 질문하신 아날로그 시그널 처리 시 노이즈 제거 목적의 커플링 및 디커플링 캡에 관한 내용을 설명드리겠습니다.
디커플링 커패시터
디커플링 커패시터는 주로 디지털 회로에서 전원 공급의 리플 및 노이즈를 줄이기 위해 사용되지만, 아날로그 회로에서도 전원선에 발생하는 고주파 노이즈를 억제하는 데 사용됩니다. 이는 다양한 주파수에서 회로의 안정성을 유지하고 노이즈로 인한 오작동을 방지하게 합니다.
커플링 커패시터
커플링 커패시터는 주로 시그널 경로에서 DC 오프셋을 제거하고 AC 성분만을 통과시키기 위한 목적으로 사용됩니다. 이를 통해 서로 다른 아날로그 채널이나 모듈 간의 DC 전압 차이를 제거하여 불필요한 전류의 흐름을 방지하고, 신호 간섭을 최소화할 수 있습니다.
아날로그 채널 간 커플링
특정 구조에서 커플링 커패시터를 두 채널 사이에 사용하여 신호의 상호 간섭을 억제하는 방법은, 특히 주파수가 겹치는 대역에서 상호 간섭을 최소화하는 데 유리할 수 있습니다. 이는 두 채널이 상호 영향을 미칠 수 있는 노이즈 성분을 차단하며, 신호 무결성을 유지하는 데 도움을 줍니다.
질문주신 이미지에서 “CH1”과 “CH2” 사이에 있는 커플링 캐패시터는 두 채널 간의 교차 노이즈나 불필요한 잡음을 상쇄시키는 역할을 할 수 있습니다. 이론적으로는 RC 필터 네트워크를 통해 신호의 안정성을 높이고, 특정 주파수에서의 노이즈 감쇄를 가능하게 합니다.
더 많은 세부사항이나 실무적 적용 사례를 확인하시려면 관련된 자료나 링크를 참고해 보시기를 권해드립니다. 유사 주제를 다룬 질문이 아래에 있습니다:
- STM32F103 schematic 설계 - 전원 무결성을 위한 디커플링 커패시터 이해.
- STM32F407 전원부 캐패시터 선택 관련 - 캐패시터 선택 및 설계 방법.
저는 질문자님의 이해를 돕고자 지식공유자님의 기존 답변을 참고하여 유사한 답변 링크를 추천해드리고 있습니다. 현재 베타 기능으로 답변이 만족스럽지 않을 수 있는 점 양해 부탁드립니다. 🙏 추가적으로 궁금한 점이 있으시면, 이어서 질문해 주세요. 곧 지식공유자께서 답변해 주실 것입니다.