54. NEXT, FEXT 특성 비교

NEXT, FEXT 특성 비교: Cross talk 분석 관점

크로스톡(Cross talk)은 PCB 설계 시 발생할 수 있는 대표적인 간섭 문제로, 인접한 신호선 간에 전자기적 결합이 일어날 때 나타납니다. 이 중에서도 NEXT(Near-End Crosstalk)와 FEXT(Far-End Crosstalk)는 서로 다른 위치에서 발생하며, 설계상 고려해야 할 특성이 다릅니다. 두 간섭 형태의 주요 차이점을 아래 항목을 중심으로 비교해 보겠습니다.

NEXT와 FEXT의 파형은 어떻게 다를까?

NEXT는 Aggressor 신호의 급격한 천이 구간에서 짧고 날카로운 펄스 형태로 발생합니다. 주로 소스 측, 즉 수신기와 가까운 위치에서 관측됩니다. 반면, FEXT는 Aggressor 신호의 지연된 복사본처럼 비교적 넓고 완만한 형태로 나타나며, 피해 선로의 먼 끝, 즉 리시버 측에서 발생합니다.

결합 전류와 결합 메커니즘은 어떻게 다를까?

NEXT는 공통모드 전류와 자기 결합 전류가 같은 방향으로 합쳐지며, Cm과 Lm의 합으로 표현됩니다. FEXT는 시간 지연을 따라 축적된 전류 효과로 나타나며, Cm과 Lm의 차이가 거리(l)에 따라 누적되어 나타납니다. 즉, 선로 길이가 길어질수록 FEXT의 영향은 커질 수 있습니다.

결합 계수는 어떻게 계산되며, 크기 차이는?

NEXT 결합 계수(Kb)는 피해 신호의 전압(Vb) 대비 Aggressor의 전압(Vs)으로 정의되며 일반적으로 2~5% 이하 수준입니다. 반면, FEXT 결합 계수(Kf)는 Far-End에서 나타나는 신호 전압(Vf) 기준으로 측정되며, 대부분 마이너스 값으로 -5% 이하인 경우가 많습니다. FEXT는 감쇠 효과가 크기 때문에, 일반적으로 NEXT보다 영향력이 작습니다.

위상 및 노이즈 형태는 어떤 차이가 있을까?

NEXT는 Aggressor 신호와 동일 위상의 노이즈로 나타나며, 상승 시간(TR)에 비례하여 2TD 이내에서 소멸합니다. 반면 FEXT는 감쇠되어 나타나고 위상이 반대인 노이즈가 관측되기도 합니다. 이러한 위상 차이는 시스템의 타이밍과 신호 품질에 다른 영향을 미칩니다.

수학적으로 어떤 방정식으로 표현될 수 있을까?

NEXT의 크기는 아래와 같은 간단한 방정식으로 근사할 수 있습니다:

FEXT의 경우, 다음과 같은 공식으로 나타낼 수 있으며, 전송 지연과 선로 길이에 따라 영향이 누적됩니다:

어떤 요인들이 크로스톡 크기에 영향을 줄까?

NEXT는 결합 인덕턴스(Lm)와 상호 커패시턴스(Cm)의 비율이 클수록 더 강하게 발생합니다. 특히 결합 길이(l)와 Aggressor 신호의 변화율(dVs/dt)에 크게 좌우됩니다. 반면 FEXT는 전체 선로 길이(len), 시간 지연(TD), 그리고 상승 시간(TR)에 영향을 받으며, 신호 전파 지연에 따라 누적되어 나타나는 특성이 있습니다.

어떤 상황에서 NEXT 또는 FEXT가 더 중요할까?

고속 디지털 회로나 병렬 버스 시스템에서는 주로 NEXT가 더 중요한 고려 대상이 됩니다. 수신기 근처에서 간섭이 발생하므로 타이밍 에러나 false triggering의 원인이 될 수 있습니다. 반면 FEXT는 긴 선로와 높은 주파수를 사용하는 차동 신호 환경에서 문제를 일으킬 수 있으며, 종단에서의 신호 무결성에 영향을 미칠 수 있습니다.

실제 설계 시 어떻게 대응할 수 있을까?

NEXT를 줄이기 위해서는 인접 신호선 간 간격을 늘리거나, 상승 시간(TR)을 늦추는 방식이 효과적입니다. 또한, GND 패턴으로 차폐를 추가하는 것도 하나의 방법입니다. FEXT를 줄이기 위해서는 동일한 길이의 신호선 매칭, 정합 저항, 그리고 차동 설계를 고려할 수 있습니다.