48. 부하 조건에 따른 TDR 응답

부하 조건에 따른 TDR 응답 심층 분석: 임피던스 특성별 상세 이해

TDR 파형은 단순한 반사 유무가 아니라, 부하의 물리적 특성에 따라 다양한 응답을 보입니다. 이 글에서는 각 부하 조건에 따라 나타나는 TDR 파형의 물리적 원리를 자세히 설명합니다.

TDR 측정의 핵심은 무엇인가?

TDR(Time Domain Reflectometry)은 전송선로에 펄스를 입력한 뒤 반사파를 분석하여 임피던스 변화 지점을 파악하는 방법입니다. 임피던스가 변화하는 위치에서는 전압이 반사되며, 이 반사파의 극성과 크기를 통해 전송선로의 특성을 파악할 수 있습니다. 이는 빛이 굴절률이 다른 물질을 만났을 때 일부가 반사되는 현상과 유사합니다.

저항성 부하에서 TDR 파형은 어떻게 달라지나?

• 단락 (ZL=0): 부하가 0Ω인 경우, 펄스가 완전히 반사되며 반사파는 음의 전압으로 나타납니다. TDR 파형은 일정 시간 후 전압이 급격히 하강합니다.
• 개방 (ZL=∞): 전류가 흐르지 못해 반사파는 양의 전압으로 나타나고, TDR 파형은 전압이 상승합니다. 원래 전압의 두 배까지 오르는 경우도 있습니다.
• 임피던스 매칭 (ZL=Z0): 부하가 특성 임피던스와 동일하면 반사파가 발생하지 않으며, TDR 파형은 변화 없이 일정합니다.
• 임피던스 증가 (ZL > Z0): 일부 신호가 반사되어 양의 전압으로 나타납니다. TDR은 전압이 원래보다 높아지는 특징을 보입니다.
• 임피던스 감소 (ZL < Z0): 음의 전압 반사파가 발생하며, TDR은 전압이 원래보다 낮아지는 형태로 나타납니다.

리액티브 부하에서는 어떤 특징이 보이는가?

• 커패시터 부하 (ZL=1/jωC): 초기에는 전류가 잘 흐르므로 단락처럼 반응하다가, 시간이 지날수록 개방처럼 변합니다. TDR 파형은 점차적으로 상승하는 곡선을 그립니다.
• 병렬 커패시터 불연속: 선로 중간에 병렬 커패시턴스가 삽입되면, TDR 파형에서 순간적인 전압 강하(노치)가 발생한 후 회복됩니다.
• 인덕터 부하 (ZL=jωL): 초기에는 개방처럼 반응하다가 시간이 지남에 따라 단락처럼 바뀝니다. TDR 파형은 점차적으로 하강하는 곡선을 그립니다.
• 직렬 인덕터 불연속: 선로 중간에 직렬 인덕턴스가 삽입되면, 전압이 순간적으로 상승(스파이크)했다가 점차 안정화되는 파형이 나타납니다. PCB의 비아 구조 등에서 자주 발생하는 패턴입니다.

TDR 응답 해석이 중요한 이유는?

TDR 분석을 통해 단순한 임피던스 불일치뿐 아니라 그 원인이 저항성인지, 커패시턴스인지, 인덕턴스인지까지 구별할 수 있습니다. 반사파의 크기와 모양을 해석함으로써 신호 무결성을 확보하고, 회로의 품질을 정량적으로 판단할 수 있습니다. 고속 PCB 설계에서 TDR 해석은 필수적인 신뢰성 확보 도구로 자리잡고 있습니다.