55. Cross talk 저감 설계

Cross talk 저감 설계: 신호 무결성 확보 전략

고속 디지털 시스템에서 신호 품질을 저하시키는 주범인 cross talk을 효과적으로 줄이기 위한 다양한 설계 기법들을 알아보겠습니다. Cross talk는 상호 인덕턴스(Lm)와 상호 커패시턴스(Cm)에 의해 발생하므로, 이들 결합 성분을 최소화하는 것이 cross talk 저감 설계의 핵심입니다.

Cross talk 저감 설계 방법

1. 선로 간 간격을 크게 하라 – 3W Rule: 인접한 신호 선로 사이의 간격(S)을 각 선로 폭(W)의 3배 이상으로 유지하는 3W Rule은 cross talk을 줄이는 가장 기본적인 방법 중 하나입니다. 선로 간 거리가 멀어질수록 상호 결합이 약해져 NEXT와 FEXT 모두 감소하는 효과를 얻을 수 있습니다.
2. 결합 길이를 줄이고 상승 시간을 늘려라: 평행하게 배치된 선로의 결합 길이가 길수록 cross talk의 영향이 커집니다. 가능한 한 평행 배선 길이를 줄이고, 신호의 상승 시간(TR)을 늘리면 신호의 주파수 성분이 낮아져 상호 유도 및 용량성 결합이 줄어듭니다.
3. Microstrip 위에 유전체 물질을 도포 (Embedded Microstrip): 마이크로스트립 라인 위에 유전체 물질(예: 솔더 마스크)을 도포하면 임피던스와 결합 특성이 바뀌어 cross talk을 다소 줄일 수 있습니다.
4. Cross talk에 민감한 선로는 Stripline으로 처리: 스트립라인은 신호 선로가 두 개의 접지면 사이에 위치하여 외부 방출 전자기장이 제한됩니다. 따라서 cross talk에 민감한 고속 BUS는 스트립라인 구조를 사용하는 것이 좋습니다. 이 구조에서는 Lm/L11 ≈ Cm/C11이 되어 FEXT 상쇄 효과를 기대할 수 있습니다.
5. Guard Traces를 적용하고 Via로 접지면에 연결: 가드 트레이스는 신호 선로 사이에 배치된 접지 선로로, 전자기장을 흡수하고 via를 통해 접지면에 연결하여 cross talk을 차폐합니다.
6. 층을 달리하고 신호 선로를 직교 배치하라: 인접한 PCB 레이어에 신호 선로를 배치할 때, 서로 직각으로 배선하면 평행 결합 길이를 줄여 cross talk을 효과적으로 낮출 수 있습니다.
7. Return path를 짧게 유지하라: 신호의 귀환 경로는 신호 선로에 최대한 가깝고 임피던스 변화가 없도록 설계해야 합니다. 긴 루프는 인덕턴스를 증가시켜 cross talk을 악화시킬 수 있습니다.

마무리하며

Cross talk 저감 설계는 고속 디지털 시스템의 안정적인 동작과 신호 품질 확보에 필수적인 과정입니다. 위에서 소개한 기법들을 적절히 적용하여 cross talk의 영향을 최소화해야 합니다.