고주파 간섭이 DC 센서 offset처럼 보이는 이유
센서 입력에서 고주파 간섭을 발견했지만, ADC output에는 그 frequency의 흔들림보다 DC offset이 더 크게 보인다. RFI Rectification은 고주파 신호가 analog input의 비선형성을 거쳐 낮은 frequency의 오차로 바뀌는 현상이다.
input stage의 junction과 기타 비선형 경로는 RF 신호에 작은 정류 반응을 만들 수 있다. RF가 그대로 output까지 통과해야만 문제가 되는 것은 아니다. rectified 성분이 DC에 남으면 slow sensor의 실제 signal처럼 보일 수 있다. RF의 세기가 변하면 그 DC error도 함께 변할 수 있다.
Analog Devices MT-070 1쪽은 in-amp input stage에서 RF가 정류되어 output offset으로 나타날 수 있고, 이미 정류된 error는 output의 low-pass filter로 제거할 수 없다고 설명한다. 작은 frequency의 CMRR 숫자 하나로 RF immunity를 대신할 수 없는 이유다. 특정 제품의 전체 RF 범위 성능은 실제 조건에서 확인해야 한다.
기작을 분리한 등가 모델을 만들자. 실제 input stage의 transistor 식 대신 한 RF 결합 경로가 만드는 input-equivalent error를 e(t)=a×vRF(t)²로 지정한다. a=0.1 V⁻¹, vRF(t)=A sin(2πft)라고 하자. 이 coefficient와 순수 제곱 형태는 설명용이며 특정 IC의 실측 특성이 아니다.
sin²x=(1−cos2x)/2를 쓰면 error에는 DC aA²/2와 두 배 frequency의 성분이 생긴다. A=0.1 V peak라면 DC는 0.5 mV다. 충분한 DC gain 100인 가상 경로에서 이 등가 input error는 output의 50 mV shift가 된다.
output에 강한 low-pass filter를 넣으면 2f 성분은 줄일 수 있다. 하지만 DC gain이 1인 filter는 이미 만들어진 0.5 mV의 input-equivalent offset을 그대로 남긴다. digital averaging이나 ADC 뒤 저역통과 처리도 원하는 DC sensor signal을 유지하는 방식이라면 같은 DC error를 구별해서 없애지 못한다.
반면 rectification이 일어나기 전에 RF amplitude를 줄이면 결과가 다르다. 이 가상 square-law 모델에서 A를 0.1 V에서 0.01 V로 열 배 줄이면 DC error는 0.5 mV에서 5 μV로 백 배 작아진다. gain 100의 output shift도 50 mV에서 0.5 mV로 줄어든다. 실제 IC의 모든 amplitude 범위에서 정확히 제곱 비례한다는 사양은 아니다.
따라서 filter는 비선형 input stage 앞의 경로를 줄이는 위치에 있어야 한다. 외부 케이블과 input 주변의 결합, capacitor의 RF impedance와 접지 return, component 위치가 중요하다. schematic에 RC가 있다는 사실만으로 실제 RF가 internal node에 충분히 작게 도달한다고 보장할 수 없다.
두 입력의 filter 균형도 살펴본다. MT-070의 1–2쪽은 두 RC의 time constant가 다르면 common-mode RF 일부가 differential signal로 바뀔 수 있음을 설명한다. DC resistance만 같은 두 경로도 capacitance나 parasitic이 다르면 RF에서 같은 전달 함수를 갖지 않는다. sensor의 source impedance까지 포함해 두 경로를 비교한다.
정류 오차를 측정할 때는 RF를 켰다 껐을 때의 baseline 변화와 frequency·amplitude·common-mode 조건을 기록한다. source 자체의 offset이나 온도 변화와 구분하고, 간섭이 intermittent하면 해당 순간에 변화가 있었는지도 확인한다. 매우 높은 CMRR의 저주파 정격을 갖는 부품도 이런 시험을 생략할 근거가 되지는 않는다.
RFI Rectification은 원치 않는 frequency를 analog 회로가 새로운 DC 성분으로 바꾸는 문제다. 변환된 뒤 평균내기보다 변환되기 전에 입력의 RF를 줄이고, filter 균형과 실제 baseline 이동을 확인한다. 이 순서로 고주파 간섭이 느린 센서의 offset처럼 보이는 이유를 찾을 수 있다.