[전자 하드웨어 기초] 21. 인덕터, 코일 (칩 페라이트 비드 인덕터 란, Ferrite Bead 란, 비드 란)

안녕하세요 리습입니다.

이번 시간에는 노이즈 제거용으로 간편하게 사용할 수 있는 칩 페라이트 비드 인덕터( Ferrite Bead , 칩 페라이트 비즈 인덕터라고 하는 곳도 있지만 발음 차이입니다.)라는 것을 소개해 드리도록 하겠습니다.

칩 페라이트 비드 인덕터 란

페라이트 비드 인덕터 예시

 페라이트 비드 인덕터는 엄밀히 말하면 인덕터가 아닙니다. 페라이트라는 것을 통해 만들어진 소자이며, 특징적으로는 저항 성분 R이 크고, Q가 낮다는 점이 있습니다. 페라이트는 고주파에 있어서 저항으로서 동작을 하고, 저주파에서는 작은 인덕턴스 성분을 가진 소자로써 기능을 하게 되는데 이러한 특징을 이용해 노이즈를 제거하는 것이 바로 페라이트 비드 인덕터입니다. 일반적으로 인덕터와 유사한 기능 및 특성을 가지고 있기 때문에 인덕터로 분류하여 사용합니다. 

칩 페라이트 비드 인덕터는 다음과 같은 등가 회로를 가지고 있습니다. 

페라이트 비드 (Ferrite Bead)의 등가 회로

고주파 신호에 대한 저항과 저주파 신호에 대한 인덕턴스 신호로 모델링 되어 있다고 이해를 한다면 편리하게 실제 설계에 적용하실수 있습니다.

페라이트 비드 인덕터를 선택하는 법

 기본적으로 페라이트 비드 인덕터를 선택할 때는 신호주파수와 노이즈 주파수를 잘 주의하여 선택해야 합니다. 일반적으로 회로에서 발생하는 노이즈는 사용되는 신호보다 높은 주파수 특성을 가지게 됩니다. 따라서 일정 주파수 이하의 신호는 지나가고 이상의 신호는 지나갈 수 없는 페라이트 비드 인덕터의 로우 패스 필터 특성 (Low pass filter, LPF)에 따라 신호 주파수와 노이즈를 구분할 수 있는 정도의 특성 값을 선택해야 합니다.

페라이트 비드 인덕터의 주파수 특성

예시를 통해 페라이트 비드 인덕터 선택법을 알아보도록 하겠습니다. 페라이트 인덕터의 데이터 시트를 보게 되면, 각 주파수에 다른 인피던스 특성을 확인 할 수 있습니다, 저주파에 가까울수록 인피던스 값이 줄어들고 고주파로 갈수록 인피던스 특성이 증가합니다. 따라서 인피던스 값이 낮은 영역에 설계자가 원하는 신호 주파수 대역이 위치하고, 노이즈는 인피던스 특성이 높은 대역에 위치할 수 있는 비드 인덕터를 선택해야만 합니다. 위 페라이트 비드 인덕터라면, 약 1~3 MHz신호 이하의 신호를 통과시키고 50 MHz이상의 고주파는 제거하는 데 사용할 수 있을 것으로 보입니다.

페라이트 비드 인덕터의 특징 중 좀 더 확인해야 하는 것.

 페라이트 비드 인덕터를 사용할 때 경우에 따라 좀 더 자세히 찾아봐야하는 특성들이 있습니다. 고주파 회로 (EX) 수백 MHz ~ 수 GHz)에서 페라이트 비드 인덕터를 사용한다면 페라이트 비드 인덕터의 가용 주파수 범위를 넘어가지 않는지 꼭 확인해야 합니다. 

페라이트 인덕터의 주파수 특성 2

 예를 들어 위와 같은 특성을 가진 페라이트 비드 인덕터를 고주파 회로에 사용했다고 가정해 보겠습니다. 약 100 MHz 수준에서 최대 임피던스를 발휘하고 이보다 높은 주파수 대역에서는 점점 인피던스 값이 떨어지는 것을 확인할 수 있습니다. 만약 이 페라이트 비드 인덕터가 수 GHz의 회선에 연결되어 있다면 인덕터의 역할을 하지 못할 것입니다. 따라서 신호와 노이즈의 최대 주파수에 대해서도 고려하여 페라이트 비드 인덕터를 사용하는 것이 중요합니다.

페라이트 비드 인덕터는 이유 없이 사용하기도 합니다.

 위에서 페라이트 비드 인덕터의 특성 및 용도에 대하여 열심히 여러분들 께 소개해드렸지만, 사실 현업에서는 비드 인덕터를 이유 없이 그냥 회로 라인에 추가하여 사용하기도 합니다. 페라이트 비드 인덕터는 저주파 신호에서는 일반 도선과 같이 생각할 수 있기 때문에 전압이 내려가는 경우가 아니라면, 가능하다면 많이 넣는 것이 후에 회로 디버깅에도 유리하기도 하고,(0ohm저항과 같은 목적입니다.) 페라이트 비드가 있음으로써웬만한 작은 신호적 문제들은 해결이 되기 때문입니다. 따라서 가능하다면 일단 사용하는 것도 추천드리는 방법입니다.

마무리

 비드 , 페라이트 비드 인덕터는 정말 많이, 자주 사용되는 부품 중 하나입니다. 하지만, 자주 사용한다고, 이전에 사용했다고 다시 사용하기보다는, 정확한 특성 및 사용 이유를 잘 알고 사용했을 때 좀 더 빛나게 이 소자를 사용하실 수 있으실 겁니다.