고속 PCB 설계를 결정하는 방법

고속 PCB 설계를 결정하는 방법

PCB 설계 시 특정 신호가 고속으로 동작하는 경우 신호 무결성, 전자기 간섭(EMI), 반사(Reflection) 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 설계 초기에 고속 설계 여부를 판단하는 것이 중요합니다.

1. 고속 설계를 결정하는 기준

고속 설계를 판별하는 주요 기준은 다음과 같습니다.

• 최대 신호 주파수 \( F_m \)
• 신호의 가장 빠른 상승/하강 시간 \( T_r \)
• 데이터 전송 속도 \( DTR \)

1.1 주어진 데이터로 최대 주파수 계산

다음 수식을 이용하여 최대 주파수를 추정할 수 있습니다.

        F_m ≈ 0.5 / T_r
        F_m ≈ 2.5 × DTR
        

예제 1: \( T_r = 100ps \) 일 때

        F_m = 0.5 / (100 × 10⁻¹²) = 5GHz
        

예제 2: \( DTR = 5.0Gbps \) 일 때

        F_m = 2.5 × 5.0 × 10⁹ = 12.5GHz
        

2. PCB에서 신호의 파장 계산

PCB에서 신호의 파장을 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

        λ_m = v / F_m
        

FR4 PCB 기준 마이크로스트립에서 \( v ≈ 6.9 \) in/ns, 스트립라인에서 \( v ≈ 5.9 \) in/ns 입니다.

2.1 파장을 이용한 고속 신호 여부 판단

PCB 신호 길이가 다음 조건을 만족하면 고속 설계를 고려해야 합니다.

        l ≥ λ_m / 12
        

예제 3: \( F_m = 100MHz \) 일 때

        λ_m = 5.9 in/ns / 100MHz = 59 inch
        λ_m / 12 = 4.9 inch
        

따라서 PCB 선 길이가 4.9인치 이상이면 고속 설계가 필요합니다.

3. 결론

• \( F_m > 50MHz \) 이면 일반적으로 고속 설계가 필요합니다.
• PCB 신호 길이가 \( λ_m / 12 \) 이상이면 고속 설계를 적용해야 합니다.
• 데이터 전송 속도가 높을수록 자동으로 고속 신호가 됩니다.