Ground Loop와 Common Mode Noise

 단독으로 동작시 문제가 없던 장비가 다른 장비여 연동하여 동작시킬 때 문제를 일으키는 경우가 있다. 혹은 특정 장소에서 잘 동작하던 장비가 다른 장소로 이동 설치하여 동작시 문제를 일으키는 경우도 종종 있다. 왜그럴까?

 이런 문제 중 상당 부분은 Common Noise Noise와 관련이 있다. 먼저 case I의 경우를 보자. 2개의 장비가 독립적으로 동작을 하며 아무런 문제가 없는 경우이다. 그런데 case II와 같이 두 장비의 연동을 위해 케이블을 연결하는 경우를 생각해 보자. 아마도 케이블은 SI를 위하여 동축케이블 사용할 것이다. 저속 장비의 경우 리본 케이블을 사용할 수도 있을 것이다. 그런데, 이렇게 케이블을 연결하여 사용할 경우 우리는 a 노드와 b노드의 레벨이 같다는 가정을 하고 사용을 한다. 그러나 실제 환경에서는 a노드와 b노드가 다른 경우가 많다. 만약에 a노드가 b 노드보다 높다면 A장비에서 B 장비쪽으로 그림에서 보는 것과 같이 common mode current가 흐르게 된다. common mode current에 의해서 발생된 노이즈 전압 레벨이 장비의 신호 인터페이스 규격에 영향을 줄 정도가 되면 오 동작을 유발시킬 것이다.
 이것을 예방할 수 있는 방법으로는, Case III.a 처럼 장비 A와 장비 B가 같은 파워 콘센트를 사용하여 그라운드 레벨이 같도록 만드는 방법 있다. 이것은 마치 PCB 디자인에서 EMI를 줄이기 위해서 Star 구조의 single node ground 형태로 레이아웃하는 것과 이치가 똑같다. 다른 방법으로는 common mode current를 억제하기 위해서 장비와 장비를 잇는 케이블의 각 종단에 ferrite core를 사용하는 것이다. ferrite core를 사용하면 closed loop가 마치 open loop가 된듯 보여 common mode current가 억제된다. 

 이런 문제가 일반 소비자용 제품에서는 잘 나타나지 않는데 공장에서 사용하는 장비에서 나타나는 이유는, 공장 장비는 소비자 제품과 비교과 되지 않을 정도로 많은 전류를 소모하기 때문이다.