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[PCB EMI] 디지털 신호의 왜곡 (14) 디지털 신호는 왜 이상적으로 전달되지 않을까?이론상 디지털 신호는 이상적인 사각파 형태를 갖지만, 실제 전송 환경에서는 다양한 요인으로 인해 왜곡이 발생합니다. 특히 고속 신호 환경에서는 임피던스 불연속, Via, 패턴의 급격한 변화 등이 반사를 유발하고, 이로 인해 Overshoot, Undershoot 같은 현상이 나타납니다. 이는 상승시간과 하강시간을 저하시켜 신호 품질을 떨어뜨리고, 결과적으로 EMI 문제로 이어질 수 있습니다. Ringing은 어떻게 생기며, 시스템에 어떤 영향을 줄까?Ringing은 주로 전송선에서의 임피던스 불일치에 의해 발생합니다. 신호가 급격한 변화점이나 Via, 꺾인 패턴 등을 통과할 때 반사가 일어나고, 이 반사된 신호가 원래 신호와 중첩되면서 진동 형태의 Ringin.. 2025. 5. 21.
[PCB EMI] 상승 시간에 따른 스펙트럼 (13) 디지털 신호에서 상승시간, 왜 중요한가?디지털 신호는 단순히 0과 1의 조합처럼 보이지만, 실제 회로에서는 신호 전환 속도가 회로 품질에 큰 영향을 미칩니다. 특히 상승시간(Rise Time, tr)과 하강시간(Fall Time, tf)은 신호 무결성, 전자파 방사(EMI), 그리고 시스템 신뢰성까지 좌우합니다.상승시간이 짧을수록 신호 전환은 더 날카롭게 보이지만, 동시에 더 많은 고주파 성분이 포함됩니다. 이러한 고주파 성분은 PCB 상에서 방사되거나, 인접 회로에 간섭을 일으켜 의도하지 않은 동작이나 인증 실패로 이어질 수 있습니다. 상승시간과 무릎 주파수(fknee)의 상관관계고속 디지털 신호를 해석할 때는 단순히 클럭 주파수만 볼 것이 아니라, 신호가 포함하고 있는 주파수 성분의 범위를 파악하는 .. 2025. 5. 20.
[PCB EMI] 무릎 주파수(f knee) (12) 디지털 회로 설계에서 꼭 알아야 할 무릎 주파수(fknee) 이야기고속 디지털 신호는 빠른 전환 특성을 가져야 하므로, 상승시간(Rise Time)과 하강시간(Fall Time)은 매우 중요하게 다뤄집니다. 하지만 이러한 급격한 전압 변화는 예상치 못한 EMI(전자파 간섭) 문제를 일으킬 수 있으며, 회로의 신호 무결성에도 영향을 줍니다. 이때 중요한 개념이 바로 무릎 주파수(fknee)입니다. 무릎 주파수란 무엇인가?무릎 주파수는 디지털 신호가 전압을 빠르게 전환할 때, 그 변화의 기울기가 가장 급격한 지점의 주파수 성분을 의미합니다. 즉, 파형이 꺾이는 '무릎(knee)' 부근에서 발생하는 고주파 성분의 상한선이라 할 수 있습니다. 디지털 회로에서는 이 값을 기준으로 전송선로, 필터링, EMI 대책 .. 2025. 5. 20.
[PCB EMI] 이상적 구형파의 스펙트럼 (11) 디지털 신호가 '이상적'일수록 고주파는 더 많다?디지털 신호를 떠올리면 흔히 이상적인 구형파(Square Wave)를 생각하게 됩니다. 오실로스코프에서 클럭이나 데이터 라인을 관찰하면 마치 정사각형처럼 ‘0과 1’ 사이를 깔끔하게 오가는 파형이 보이기 때문입니다. 겉보기엔 단순한 네모 파형 같지만, 이 내부에는 우리가 쉽게 간과하는 고주파 성분이 숨어 있습니다. 이상적 구형파 속엔 무엇이 숨어 있나?이론적으로 완벽한 구형파는 상승과 하강이 무한히 빠르고, 듀티 사이클이 50%인 파형입니다. 현실 세계에서 이런 파형은 존재하지 않지만, 신호를 주파수 관점에서 분석하기 위해선 이 개념이 매우 중요합니다. 푸리에 변환을 통해 구형파를 해석하면 기본 주파수(1차 성분)를 중심으로 3차, 5차, 7차 같은 홀수차.. 2025. 5. 20.
[PCB EMI] 디저털 파형의 스펙트럼 (10) 디지털 신호, 왜 스펙트럼을 봐야 할까? – 오실로스코프만으론 부족한 이유디지털 회로 설계를 하다 보면 신호가 육안으로는 정상처럼 보이는데도 불구하고, 오동작을 하거나 EMI 테스트에서 불합격 판정을 받는 경우가 있습니다. 이럴 때 단순히 시간 영역에서 파형만 보는 것으론 한계가 있습니다. 눈에 보이는 신호 이면에 숨은 주파수 성분, 즉 스펙트럼까지 분석해야 진짜 원인을 알 수 있습니다. 왜 푸리에 변환이 필요한가?우리가 오실로스코프에서 확인하는 신호는 시간 축(Time Domain)에서 전압이나 전류의 변화를 관찰하는 것입니다. 그러나 이러한 파형은 그 신호가 어떤 주파수 성분으로 구성되어 있는지는 알려주지 못합니다.디지털 신호는 겉보기엔 단순한 사각파처럼 보이지만, 실제로는 여러 개의 정현파가 겹쳐진.. 2025. 5. 20.
[PCB EMI] PI의 문제 발생 원인과 대책 (9) 전압이 왜 자꾸 빠지는 걸까?PCB를 설계하다 보면 전원은 분명 인가됐는데도 IC가 제대로 동작하지 않거나, 간헐적으로 리셋되는 현상을 마주하게 됩니다. 이런 경우 단순히 전압 수치를 보는 것만으로는 문제를 찾기 어렵고, 전원 무결성(Power Integrity, PI)에 대한 근본적인 접근이 필요합니다. 신호가 아무리 정돈돼 있어도, 전원이 불안정하면 시스템 전체가 흔들립니다. PI 문제를 유발하는 주요 원인기생 저항 – IR-DropPCB의 전원 및 접지 경로에는 설계자가 의도하지 않은 미세한 저항, 즉 기생 저항(Parasitic Resistance)이 존재합니다. 이 저항은 특히 고속 동작이나 다수의 IC가 동시에 작동할 때 전류가 증가하면서 IR-Drop이라는 전압 강하 현상을 일으킵니다. 전압.. 2025. 5. 20.
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