대부분의 연구실과 산업 환경에는 중장비, 도구, 전원 공급 장치, TV에 이르기까지 모든 주파수대에서 많은 종류의 전기 잡음이 존재한다. 엔지니어는 여러 가지 간단한 디바이스와 기법을 사용해 이러한 잡음을 해결해왔다. 여기에는 적절한 접지, 차폐 및 연선, 신호 평균화, 차동 입력 전압 증폭기, 그리고 필터를 이용하는 기법들이 있다.
대부분의 측정에서는 이와 같은 방법으로 잡음을 억제하고 줄일 수 있지만, 이는 단순히 잡음이 시스템으로 유입되지 않게 차단하거나 신호에서 이질적인 잡음을 제거하는 것에 불과하다. 이러한 방법은 일반적으로 저전압 시스템에서만 사용되며 고전압에서 유도되는 잡음은 처리하지 못한다.
이번 Design Idea에서는 고전압 유도 잡음을 줄이기 위한 실용적인 접근 방법을 제시하고자 한다. 스캐닝 전자 현미경의 부동 입력은 높은 임피던스를 가지며, 이는 안테나 역할을 하면서 잡음 신호를 모은다. 현미경의 액추에이터는 압전 슬립 스틱(Slip-stick) 스택 모터를 구동하기 위해 고전압 신호를 필요로 한다. 이 동작 메커니즘은 800V p-p에 이르는 램프(Ramping) 파형을 요구한다. 또한 이 메커니즘에는 3단계의 팁 모션이 있기 때문에 다중 채널이 필요하다. 일부 현미경은 원자력 현미경 검사를 위해 광학 경로 조정 마이크로슬라이더를 사용하는데, 이러한 현미경의 경우 더욱 많은 채널이 필요하다.
일반적으로 각 채널에는 고전압 증폭기가 필요하다. 따라서 2단계의 팁 모션에는 2개의 고전압 증폭기 필요하며, 3단계에는 3개의 증폭기가 필요하다. 그러나 고전압 증폭기는 고가에다 PCB에서 많은 공간을 차지한다. 따라서 여러 채널 사이를 전환할 수 있는 1개의 고전압 증폭기만 사용해 여러 단계의 팁 모션을 제어한다면 비용과 공간을 줄일 수 있다.
고전압 커넥터의 핀 사이에는 공간이 충분하므로 인접 신호의 간섭을 피할 수 있다. 그러나 고전압 커넥터 역시 비싸고 크기가 커서 배치가 어렵다. 따라서 최선의 선택은 상용 RS-232 표준 9핀/25핀 커넥터를 사용하는 것이다.(그림 1) 대부분의 상용 RS-232 커넥터의 핀은 상당히 촘촘해서 유도 고전압 신호를 끌어당기기 쉽다. 이 문제는 RS-232 커넥터의 부동 핀에 낮은 임피던스를 연결함으로써 해결이 가능하다.
이 회로에서 3개의 압전 모터인 PZ1, PZ2, PZ3은 RS-232-9T 커넥터의 T1, T5, T9 핀에 연결된다. 회로에는 고전압 입력을 압전 모터로 스위칭하는 3개의 릴레이가 있다. 릴레이의 정상적인 개방 노드는 고전압 증폭기 출력에 연결된다. 릴레이의 정상적인 폐쇄 노드는 3개의 1kΩ 저항에 연결돼 고전압 유도 잡음을 접지로 돌린다.
