[PCB EMI] 일반적인 전송 선로의 파라미터 (38)

일반적인 전송 선로의 파라미터: 다양한 매체의 특성 비교

전송 선로는 신호의 정확한 전달을 위해 필수적인 구성 요소로, 각 매체는 고유의 전기적 특성을 가집니다. 여기서는 주요 전송 매체의 단위 길이당 인덕턴스(L₀), 커패시턴스(C₀), 특성 임피던스(Z₀), 전파 지연(T_d) 값을 비교하고, 그 차이가 시스템 설계에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다.

 

다양한 전송 선로의 특성 비교

아래는 일반적으로 사용되는 전송 선로의 전기적 파라미터입니다. 이는 설계 시 선로 선택 및 모델링 기준이 되며, 고속 신호의 전송 품질과도 직결됩니다.

전송 선로	L0 (nH/in)	C0 (pF/in)	Z0 (Ω)	Td (ps/in)
Air	-	-	377	83
Single Wire	51	0.15	600	~100
Twisted Pair Cable	12~25	1.3~2.5	80~120	127
Flat Cable	12~25	1.3~2.5	80~120	127
Wire on PCB	12~25	1.3~3.8	70~100	~127
Coax Cable	6.35	2.54	50	127
BUS Line	12~25	25~75	20~40	254~500
Microstrip	7~10	2.0~2.8	40~150	150
Strip line	7~12.7	2.6~3.6	30~140	180

 

특성 임피던스와 전파 지연 계산

이러한 파라미터를 이용하면 전송 선로의 전기적 성능을 정량적으로 예측할 수 있습니다. 무손실 전송 선로의 경우, 특성 임피던스는 다음 식으로 계산됩니다.

전파 지연 시간은 다음과 같이 정의됩니다.

여기서 L₀과 C₀은 각각 단위 길이당 인덕턴스(nH/in)와 커패시턴스(pF/in)를 의미합니다. 이 수식은 신호 전파 속도 및 반사 특성을 예측하는 데 유용하게 사용됩니다.

 

분포 정수 모델과 신호 전송 해석

고속 신호가 증가함에 따라 전송 선로를 단순한 저항이나 콘덴서 모델로 보는 것은 한계가 있습니다. 이때는 선로를 분포 정수 모델, 즉 연속적인 인덕터와 커패시터가 연결된 형태로 분석해야 합니다.

특히 신호의 상승 시간(T_r)이 전송 지연 시간(Td) 보다 충분히 짧을 때(일반적으로 T_r < 10 ×Td), 분포 정수 모델을 적용해야 정확한 해석이 가능합니다.

 

마무리하며

각 전송 매체의 파라미터는 신호 전송 특성에 직접적인 영향을 미치며, 시스템의 동작 안정성, 속도, 반사 여부를 결정짓습니다. 따라서 설계자는 신호의 특성과 요구 사양에 맞는 전송 선로를 선택하고, 그에 따른 특성 임피던스와 전파 지연을 면밀히 분석해야 합니다. 특히 PCB 상에서의 마이크로스트립과 스트립라인은 실용적으로 자주 사용되며, 설계 시 고려해야 할 핵심 구조입니다.