신호 연결 및 전도체의 기생 성분
신호 연결
전자 회로 설계에서 입력 신호를 받아 출력 신호를 생성하는 과정은 매우 중요합니다. 각 블록은 하나의 정보 블록으로 구분되어 저장되며, 신호를 생성하고 전달하는 과정에서 출력 모델은 입력 모델보다 더 복잡한 정보를 포함할 수밖에 없습니다. 이는 신호를 만들어 내는 과정이 신호를 받는 것보다 더 많은 정보를 필요로 하기 때문입니다.
전도체의 기생 성분 (RLC)
IC 패키지의 기생 RLC는 주로 패키지의 와이어 본딩에 의해 발생합니다. 이러한 기생 성분들은 고주파 회로에서 큰 문제를 일으킬 수 있습니다. 기생 RLC 값들은 패키지에서 발생하는 저항(R_pkg), 인덕턴스(L_pkg), 커패시턴스(C_pkg)로 구분되며, 각각의 값은 다음과 같습니다:
- R_pkg: 수십 mOhm 대의 저항
- L_pkg: 수 nH 대의 인덕턴스
- C_pkg: 0.X pF 대의 커패시턴스
이러한 기생 RLC 값들은 낮은 주파수에서는 크게 문제가 되지 않지만, 주파수가 수백 MHz 이상으로 증가하면 신호 왜곡과 손실이 발생할 수 있습니다. Gbps 이상의 회로에서는 기생 RLC 값의 영향이 매우 커지므로, 이를 정확히 모델링하는 것이 중요합니다. 최근에는 고속 SI 해석에 기생 RLC 모델 대신 패키지의 S-파라미터를 추출하여 사용하는 경우도 있습니다.
선로간 간섭 (Crosstalk)
선로간 간섭은 신호 무결성(SI)과 전자기 간섭(EMI) 문제를 다룰 때 중요한 개념입니다. 모든 선로는 인덕터와 커패시터로 볼 수 있으며, 선로가 길어지면 자기장이 생성되어 인덕턴스 효과가 발생하고, 두 선로 사이에 상호 인덕턴스(mutual inductance)가 존재하여 신호 간섭이 발생할 수 있습니다. 또한, 두 금속 사이에 존재하는 커패시턴스(capacitance)로 인해 교류 성분이 전달되어 신호가 혼합될 수 있습니다. 이러한 선로간 간섭을 줄이기 위해서는 적절한 PCB 레이아웃 설계와 신호 무결성 분석이 필요합니다.
EMI/EMC
EMI(Electro-Magnetic Interference)는 전자파 간섭 문제로, 외부 전자파에 대한 장비의 내성을 의미하는 EMS(Electro-Magnetic Susceptibility)와 함께 전자파 환경의 쾌적성을 의미하는 EMC(Electro-Magnetic Compatibility)로 나뉩니다. EMC 환경을 유지하기 위해서는 EMI를 잘 제어하고, 외부 전자파에 대한 장비의 내성을 강화하는 것이 중요합니다. 이는 설계 단계부터 제조, 양산, 테스트 방법론까지 전 과정에 걸쳐 영향을 미치는 중요한 문제입니다.
결론
전자 회로 설계에서 신호 연결, 기생 성분(RLC), 선로간 간섭(Crosstalk), EMI/EMC 문제는 중요한 요소입니다. 이를 효과적으로 관리하고 최적화하기 위해서는 정확한 모델링과 분석이 필요합니다. 고속 회로에서는 특히 이러한 요소들이 더 큰 영향을 미치기 때문에, 적절한 설계와 분석 도구를 사용하여 신호 무결성과 전자파 간섭 문제를 해결하는 것이 중요합니다.