47. _시 영역 반사 측정 (TDR)_

시간 영역 반사 측정(TDR)이란 무엇인가?

시간 영역 반사 측정(TDR, Time-Domain Reflectometry)은 전송 선로에서 임피던스 불연속이 존재하는지 확인하기 위해 사용되는 고속 측정 기법입니다. 고속 디지털 회로나 RF 전송로에서는 신호 반사로 인해 파형 왜곡, 링잉 등이 발생할 수 있는데, TDR은 이 반사 현상을 시간 축에서 시각화하여 분석할 수 있도록 해줍니다. 개방, 단락, 납땜 불량, 패턴 단선 등의 결함도 TDR로 쉽게 식별할 수 있습니다.

 

TDR은 어떤 원리로 작동하는가?

TDR은 매우 빠른 상승 시간을 가진 스텝 신호를 전송 선로에 인가한 후, 반사되어 되돌아오는 신호를 오실로스코프로 측정합니다. 이때 반사파가 도달하는 시점은 결함까지의 거리와 관련 있고, 반사파의 전압 크기와 방향은 임피던스 불일치 정도를 나타냅니다. 반사가 없다면 전압이 일정하게 유지되지만, 불연속이 존재하면 특정 시간 이후 파형이 상승 또는 하강하게 됩니다.

 

TDR 시스템의 구성 요소

TDR 측정을 위해 필요한 기본 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 신호 발생기: 빠른 상승 시간의 스텝 또는 임펄스 신호를 생성합니다.
• 오실로스코프: 반사파를 시간에 따라 시각적으로 표시합니다.
• DUT(Device Under Test): 실제 측정을 수행할 전송 선로 또는 회로입니다.
• 프로브 또는 SMA 커넥터: 신호를 DUT에 연결하고 측정 지점을 확보합니다.
• 종단 부하(Z_L): 전송 선로의 말단에 연결되어 반사의 여부를 결정합니다.

 

부하 조건에 따른 반사파 변화

종단 부하가 어떻게 구성되어 있는지에 따라 TDR 파형은 크게 달라집니다.

• 단락(Z_L = 0): 반사 계수 -1 → 파형이 아래로 급강하
• 개방(Z_L = ∞): 반사 계수 +1 → 파형이 위로 상승
• 정합(Z_L = Z₀): 반사 없음 → 파형 변화 없음

이러한 변화는 반사파가 소스까지 되돌아오는 시간인 2TD 이후에 나타납니다. 시간 축에서 특정 지점에 나타나는 반사파의 위치를 통해 결함까지의 거리를 계산할 수 있습니다.

 

TDR의 주요 활용 사례

TDR은 고속 디지털 설계, RF 회로, 통신 시스템 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

• 전송 선로의 임피던스 프로파일 분석
• 단선, 단락, 납땜 불량 등 결함 위치 추적
• 커넥터 및 접속부 상태 평가
• PCB 내부 고속 신호의 품질 진단
• 플렉시블 케이블 등 유연한 구조물의 결함 측정

 

마무리

TDR은 전송 선로의 신호 무결성을 보장하기 위해 필수적인 측정 기법입니다. 설계 초기 단계부터 제조 후 품질 검증까지 다양한 단계에서 활용되며, 단순한 오실로스코프보다 정밀한 임피던스 분석이 가능합니다. 특히 고속 신호 환경에서는 반사 문제로 인한 데이터 오류를 방지하기 위해 반드시 활용해야 하는 도구입니다. 설계자라면 TDR의 기본 원리와 측정 해석 방법을 반드시 숙지해야 합니다.