직렬 종단 저항 계산

전송선과 관련하여, 간단해 보이지 않는 것들이 항상 있습니다. 종단 기술을 결정하고 종단 네트워크의 구성 요소 값들을 결정하는 것은 어려운 일이 아니어야 합니다. 대부분의 PCB 설계 프로그램은 계산기를 온라인에서 찾아보거나, 직접 계산을 해야 합니다. 대신, 설계 소프트웨어는 종단 네트워크의 구성 요소 값 범위를 쉽게 테스트할 수 있게 해야 합니다.

일부 구성 요소, 트레이스, 차동 쌍, 그리고 비아를 통해 라우팅되는 인터커넥트는 고속 또는 고주파 회로에서 전송선 효과가 발생하는 것을 방지하기 위해 임피던스가 일치해야 합니다. 작은 임피던스 불일치는 허용될 수 있지만, 일부 신호 드라이버는 신호 트레이스에 일반적으로 사용되는 표준 50 옴 값과 일치하지 않는 임피던스를 가질 수 있습니다. 라우팅 및 컴퓨터 아키텍처 표준(예: PCIe Gen 2 및 Gen 3)도 차동 쌍 임피던스에 대해 다른 값을 사용한다는 점을 유의해야 합니다.

트레이스가 전송선 효과를 나타내기 시작할 것이라고 결정했다면, 이 글에서는 Altium Designer^®의 신호 무결성 도구를 사용하여 시리즈 저항기의 올바른 값을 결정하는 방법을 보여줄 것입니다.

어떤 종단 네트워크를 사용해야 할까요?

이 질문에는 여러 가지 답이 있습니다. 여러 가능한 네트워크나 종단 장치가 있기 때문입니다. 디지털 신호의 경우, 저항기는 광대역 구성 요소이기 때문에 저항 종단을 선호합니다. IC의 드라이버 핀에 직접 배치할 때 매우 높은 대역폭까지 드라이버를 종단하는 데 사용할 수 있습니다. 반면, RF 출력이나 안테나는 저항적 전력 손실을 원하지 않기 때문에 LC 네트워크를 선호하며, 인덕터와 커패시터(직렬 또는 병렬 요소로)의 정확한 배치는 임피던스를 이동시켜 공진 주파수와 일치시키는 방법에 따라 달라집니다.

저항 종단에 관해서는, 일반적으로 사용되는 두 가지 방법이 있습니다. 드라이버 핀에 배치되는 직렬 종단과 수신기에서 GND까지 배치되는 병렬 종단입니다. 직렬 종단의 효과에 대해 기억해야 할 두 가지 중요한 사항이 있습니다:

드라이버에서 시리즈 종단 저항을 사용하는 몇 가지 이유는 다음과 같습니다:

1. 선이 충분히 길어서 종단되지 않은 부하로부터 반사가 예상되는 경우, 종단되지 않은 드라이버와 트레이스 사이에 필요하며, 신호 드라이버의 임피던스가 트레이스 임피던스보다 작습니다
2. 출력에서 볼 수 있는 감쇠를 증가시켜 그라운드 바운스를 억제하는 데 도움이 됩니다, 다음, SSN, 또는 매우 짧은 선에서의 진동
3. 드라이버가 생성하는 신호가 느려져야 하는 경우, 빠른 인터페이스에서 사용될 수 있습니다FPGA에 구현됨또는 생성되는 신호가 연속 데이터 스트림을 제공하지 않는 제어 신호인 경우

1번 항목에서, 드라이버의 출력에 직렬 저항을 배치할 수 있지만, 이는 표준 단일 종단 디지털 버스(예: SPI)가 매우 긴 거리를 통해 라우팅되고 상승 시간이 낮은 경우를 제외하고는 매우 드뭅니다. 1번 항목은 또한 특수 RF 구성 요소가 사용되고 이러한 구성 요소에 온-다이 종단이 없는 경우에도 사용될 수 있습니다. 2번 항목은 특히 신호가 MCU, FPGA, 또는 MPU와 같은 현대 프로세서에 의해 소싱될 때 더 일반적입니다.

시리즈 종단이 필요하다고 판단했다면, 예를 들어 중요 길이 계산에 기반하여, 저항 패키지는 보드에 조립할 계획인 가장 작은 패키지여야 하며, 드라이버 출력 핀에서 정확히 배치하는 것이 가장 간단합니다. 시리즈 저항을 결정하려면, 소스 임피던스를 이미 알고 있어야 하거나, 드라이버의 출력 버퍼에 대한 시뮬레이션 모델(예: IBIS)이 있어야 합니다. 소스 출력 임피던스를 알고 있다면, 시리즈 종단 임피던스 요구 사항은 다음과 같습니다:

논리 패밀리를 알고 있거나 드라이버 출력 핀에 대한 IBIS 모델이 있는 경우 시뮬레이션에서 이를 수행하는 방법입니다.

시리즈 종단 저항 결정하기

시뮬레이션에서 시리즈 종단 저항을 결정하는 일반적인 방법은 시리즈 저항 값의 범위를 반복하여 조사하는 것입니다. 시뮬레이터를 실행하면, 네트워크의 각 구성 요소 값이 신호에 어떤 영향을 미치는지 보여주는 그래프를 볼 수 있습니다. 이를 통해 종단 네트워크에서 사용할 최적의 구성 요소 값을 시각적으로 결정할 수 있습니다.

• 시리즈 종단이 전압 수준에 미치는 영향에 대해 자세히 알아보기

아래의 과정은 표준화된 인터페이스의 일부가 아닌 차동 신호와 단일 종단 신호 모두에 적용됩니다. 차동 신호는 정의된 홀 모드 임피던스를 갖는 두 개의 별도 단일 종단 신호로 처리할 수 있음을 기억하세요. 그래서 아래에 보여진 시리즈 종단 방법은 홀 모드와 단일 종단 임피던스 사이의 약간의 편차를 고려하는 한 차동 쌍의 트레이스에도 적용됩니다.

신호 무결성 도구 설정

회로도를 캡처하고 보드를 레이아웃한 후에는 트레이스에 적합한 종단 저항을 결정할 준비가 됩니다. 보드를 준비한 후에는 Altium Designer에서 도구 -> 신호 무결성… 메뉴를 통해 신호 무결성 도구에 접근할 수 있습니다.

Altium Designer에서 신호 무결성 도구 접근하기

신호 무결성 도구는 드라이버와 수신기의 핀에 대한 로직 패밀리를 선택하거나 컴포넌트에 IBIS 모델을 추가함으로써 설정해야 합니다. 신호 무결성 대화 상자에서 사용되는 신호 자극을 수정할 수도 있습니다.

시그널 무결성 도구를 열면 아래 이미지에 표시된 것과 같은 시그널 무결성 대화 상자를 볼 수 있습니다. 여기에서 검토하고 싶은 신호 네트를 선택해야 합니다. 검토하고 싶은 신호 네트를 더블 클릭하면 이들이 대화 상자 오른쪽의 테이블에 추가됩니다.

신호 무결성 시뮬레이션을 위한 네트와 종단 네트워크 선택하기

또한 종단 네트워크 목록을 볼 수 있습니다. 다음 예에서는 두 개의 단일 종단 트레이스(NC1 및 NC2)를 검토할 것입니다. 종단 네트워크의 스윕 수와 매개변수를 변경할 수 있음을 유의하십시오. 동일한 단계를 사용하여 차동 쌍 중 하나(예: NC3_P 및 NC3_N)를 검토할 수도 있습니다.

단일 종단 결과

시리즈 종단 네트워크와 "병렬 저항 & 캡 GND" 종단 네트워크를 살펴보겠습니다. 스윕에 대한 최대 및 최소 값을 선택할 수 있으며, VCC 전압도 설정할 수 있습니다.

여기에서 매칭 네트워크의 종단 저항 값들을 수정할 수 있습니다

시뮬레이션을 설정했다면, "반사 파형..." 버튼을 클릭하여 시뮬레이션을 시작하세요. Altium Designer는 다양한 저항 값들을 반복하며 일련의 그래프를 생성할 것입니다. 아래 그림에서는 NC1 및 NC2 넷에 대한 결과를 보여줍니다.

다양한 매칭 네트워크에 대한 신호 반사 결과

위의 결과에서 볼 수 있듯이, 시리즈 매칭 저항(상단 두 그래프)과 VCC 및 접지로의 저항 조합은 실제로 이 보드에 최선의 선택이 아닙니다. 두 결과 모두 링잉을 다소 줄이는 데 도움이 되지만, 느린 상승 시간을 보상해야 합니다. 따라서, 다른 네트워크를 시도하고 과정을 반복해야 합니다.

여기에서 "Parallel Res & Cap to GND" 네트워크로 돌아가서 이 네트워크가 NC1 및 NC2 넷의 신호에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다. 이 네트워크의 결과는 아래에 표시됩니다. 네트워크의 각 구성 요소의 값을 보려면 그래프 오른쪽의 범례에서 라벨 중 하나를 클릭하기만 하면 됩니다. 이 보드에서는 최적의 트레이스 네트워크가 56.67 옴 저항기와 83.33 pF 커패시터(아래 그래프의 빨간 신호)를 사용하는 것으로 나타났습니다.

저항기/커패시터 네트워크의 신호 반사 결과

차동 쌍에 대한 과정

차동 쌍을 검토하려면 신호 무결성 대화 상자로 돌아가 차동 쌍의 각 트레이스를 검토할 수 있습니다. 위에 표시된 시리즈 종단 공식을 고려하면, 차동 임피던스가 그 홀모드 임피던스 즉, 시리즈 저항 종단에 사용되는 값으로 정의된다는 것을 기억해야 합니다. 차동 쌍의 트레이스의 특성 임피던스는 항상 홀모드 임피던스보다 크기 때문에, 다음과 같은 관계를 쓸 수 있습니다:

이러한 편차를 바탕으로, 차동 쌍에서 트레이스에 필요한 직렬 저항 값은 신호 무결성 도구에 의해 결정된 직렬 저항 값보다 약간 낮을 것입니다:

임피던스 제어 라우팅으로 더 나아가기

의심할 여지 없이, 트레이스가 보드 전체에서 일관된 임피던스 값을 가질 수 있도록 보장하기 위해 임피던스 제어 라우팅을 사용하는 것이 최선의 선택입니다. 이상적으로, 이는 보드의 모든 단일 트레이스에 종단 네트워크를 적용할 필요를 피하게 도와주어 상당한 양의 설계 시간을 절약할 수 있습니다.

PCB에서 사용할 올바른 종단 네트워크를 결정하는 것은 전력 설계 및 시뮬레이션 도구를 포함하는 PCB 설계 패키지와 함께 작업할 때 훨씬 쉽습니다. Altium Designer를 사용하면, 레이어 배치 및 설계에 대한 전체적인 제어를 가질 수 있으며, 시뮬레이션 도구는 레이아웃에서 직접 데이터를 가져옵니다. 이 도구들은 강성-유연 및 멀티 보드 시스템에 직접 적용 가능합니다.

강력한 신호 무결성 도구가 어떻게 도움이 될 수 있는지 보기 위해 Altium Designer의 무료 체험판을 다운로드하세요. 업계에서 요구하는 최고의 설계 기능에 대한 액세스를 갖게 됩니다. 오늘 Altium 전문가와 대화하세요 더 알아보기 위해.