[PCB EMI] 차동회로 종단 I (66)

임피던스 매칭을 통한 반사 제거

차동(Differential) 신호 전송 시스템에서 신호 반사를 억제하고 신호 품질을 향상하기 위해 사용되는 다양한 종단(Termination) 방식 중 첫 번째 시간으로, 차동 모드와 공통 모드 임피던스에 따른 종단 방법에 대해 알아보겠습니다.

단일 종단(Single-Ended) 신호의 경우, 선로 끝단에 특성 임피던스와 같은 저항을 연결하여 신호 반사를 억제합니다. 마찬가지로 차동 신호에서도 선로 끝단에 적절한 저항을 사용하여 차동 신호의 반사를 제거할 수 있습니다. 특히 차동 선로에는 차동 모드와 공통 모드 신호가 동시에 존재할 수 있으므로, 이 두 모드 모두에 대해 반사를 억제하는 종단 방식을 적용해야 합니다. 즉, 선로 끝단에 차동 임피던스(Differential Impedance, Z {diff})와 공통 모드 임피던스(Common Mode Impedance, Z {common})를 모두 고려한 종단 회로를 구성해야 완벽한 종단 처리가 가능합니다.

 

1. 션트(Shunt) 타입 종단 (Shunt type Termination) 

션트 타입 종단은 각 차동 선로와 접지 사이에 종단 저항(RT)을 연결하는 방식입니다. 차동 모드에 대해서는 두 저항이 직렬로 연결된 것과 같으므로 차동 임피던스는 Z{diff} = 2RT가 됩니다. 공통 모드에 대해서는 두 저항이 병렬로 연결된 것과 같으므로 공통 모드 임피던스는 Z {common} = RT/2가 됩니다.

• 특징:
  • 차동 임피던스: Z{diff} = 2R_T
  • 공통 모드 임피던스: Z{common} = RT/2
  • 만약 목표 차동 임피던스(Z{diff})가 100Ω이라면, 각 저항(RT)은 50Ω을 사용해야 합니다. 이때 공통 모드 임피던스는 25Ω이 됩니다.
  • 션트 방식은 비교적 간단한 구조를 가지지만, 공통 모드 임피던스를 독립적으로 제어하기 어렵다는 단점이 있습니다. 일반적으로 10% 범위 내에서 적당한 값을 선택하여 사용합니다.

 

2. 직렬(Series) 타입 종단 (Series type Termination)

직렬 타입 종단은 각 차동 선로의 송신단에 종단 저항(RS)을 직렬로 연결하는 방식입니다. 이 방식은 주로 점대점 연결에 사용됩니다. 차동 모드에 대해서는 두 저항이 직렬로 작용하여 차동 임피던스는 Z{diff} = 2RS가 됩니다. 공통 모드에 대해서는 각 선로가 독립적으로 종단되므로 공통 모드 임피던스는 Z {common} = RS가 됩니다.

 

• 특징:
  • 차동 임피던스: Z{diff} = 2RS
  • 공통 모드 임피던스: Z{common} = RS
  • 신호 반사는 주로 종단 저항과 선로의 임피던스 불일치에 의해 발생합니다.
  • 만약 목표 차동 임피던스(Z{diff})가 100Ω이라면, 각 저항(RS)은 50Ω을 사용해야 합니다. 이때 공통 모드 임피던스는 50Ω이 됩니다.

 

마무리하며

차동 신호의 종단은 차동 모드와 공통 모드 임피던스를 모두 고려하여 설계해야 합니다. 션트 타입과 직렬 타입은 각각 다른 임피던스 특성을 가지므로, 시스템 요구 사항에 따라 적절한 종단 방식을 선택해야 합니다.