회로내에서 간섭 제거법

회로를 꾸미다 보면 여러가지의 기능을 하는 모듈이 한 회로속에 들어가게된다. 한 회로속에 들어가게 된다는 것은 전원과 접지를 공유 하게 된다는 것이다.

그렇게 되면 어느 한 모듈에서 고주파 신호를 만들어 내게 된다면 그 신호가 다른 모듈에 영향을 미쳐서 그야말로 미쳐 버린다. 기판을 보면 모든게 다 얽혀 있는것 같지만 잘 보면 나름대로 기능별로 나뉘어 있다. 다만 전원과 접지를 공유하기 때문에 모든 회로가 얽혀 있는것 처럼  보이기 쉽상이다.

모듈간의 간섭 문제는 로봇같은 걸 만들다보면 필히 겪게된다. 여러 종류의 센서를 쓰게 되기 때문에 이 센서 회로가 저 센서 회로에 영향을 미치는 일이 생기는 것이다.

내 경우는 적외선 거리 센서를 달았더니 적외선 동작감지 센서에 엄청난 규칙적 노이즈가 끼는 문제가 있었다. 게다가 적외선 동작감지 센서 회로에는 아주 잘 필터링 된 떨림 없는 전류를 넣으라는 권장사항까지 있었다.

그러나 실험적인 방법(?)으로 필터회로에 들어갈 저항과 커패시터의 값을 찾기는 너무 어려웠다. 그래서 일단은 그걸 MCU에서 프로그램을 써서 연이은 6개 정도의 값을 평균내는 방식으로 노이즈를 줄여주는 기초적인 방식으로 해결했었다.

그것은 원하는 주파수대만을 걸러주는 필터회로를 어떻게 구성하는지 몰라서 프로그램을 쓸 수 밖에 없었다. 당시에는 여기 저기 찾아봐도 수식만 덜렁있을뿐, 예를 들어 계산을 해 놓은 곳이 한 군데도 없어서 수식에 뭘 넣어야 되는지도 모르는 나는 답답하기만 했다. 그런데 오늘 검색해보니 금방 나오네? TT

필터회로는 아래 그림 처럼 저항과 커패시터(콘덴서) 또는 저항과 코일의 조합으로 만들어 준다.

그림출처: MIT Open Course Ware, Anant Agarwaland Jeffrey Lang, course materials for 6.002

모듈로 들어오는 전원에 직렬로 저항을 연결하고 전원과 접지에 병렬로 전해 커패시터를 연결하면 간단한 로우패스 필터가 된다. 로우패스 필터는 특정 주파수 이하의 신호만 통과 시키는 회로이다. 그러니까 옆 회로에서 적외선 거리센서의 발진부처럼 40KHz의 발진을 일으키는 회로를 쓴다면 그 보다 좀 여유있게 낮은 10KHz이하의 신호만 통과시키는 회로를 달아 주거나 아예 확실하게 10Hz이하로 해버려도 좋을 것 같다.

방금도 누가 만들어 놓은 적외선 감지회로를 만들었는데. 회로도의 로우패스 필터보다 훨씬 더 낮게 했더니 겨우 제대로 작동하는 걸 보니 충분히 낮게 해주는게 좋은것 같다.

주파수 계산은 이렇게 한다고한다.

    필터링 주파수= 1/(2* 3.141592 * R * C )  

저항값은 그대로 넣고 커패시터는 보통 마이크로 패럿이니까 33uF(u는 마이크로의 의미로 쓴 것임)이면 0.000033 을 넣어야겠다.

내가오늘 만든 적외선 접근 센서회로에는 원래 저항은 50 오옴에 33uF의 커패시터를 쓰고 있었다. 계산해보니 1/(2 * 3.141592 * 50 * 0.000033) = 96.45756 이 나온다. 적외선 LED의 발진 회로는 40KHz를 쓰고 있으니 96Hz 정도면 센서회로 쪽의 전원으로 노이즈가 들어오지 않도록 충분히 커버를 해줘야 되는, 그러지 못했다.

그것은 아마  필터회로가 깔끔하게 어느 주파수이상 이하를 칼처럼 잘라주는게 아니라 위의 그림처럼 점차 줄여주는 방식이기 때문에 꼬리가 걸린게 아닌가 싶다. 그래서 저항을 좀 키워봤는데도 비슷해서 확 키워서 550오옴 짜릴 넣어줬더니 확실하게 작동한다. 약 8.7Hz이하의 전압변동만 전원으로 들어오기 때문에 수신회로는 노이즈로부터 확실히 격리된 것 같다.