1. 서론
Wireline 통신에서의 전송 선로(transmission line)는 거의 50옴 매칭으로 안쓰지만 그래도 원리는 비슷하기 때문에 해당 예제를 둔다.
PCB 상에서 50옴은 거의 RF 안테나 쪽에서 많이 쓴다.
적당한 그림이 없는데 위와 같이 IC1과 IC2간의 신호 전송은 transmission Line 상에서 이루어지며 impedance matching이 되어야 한다.
2. 간략 이론
Transmission Line에서 특성 Impedance 수식은 아래와 같다.
Transmission Line 중 micro strip 구조는 대략 아래와 같이 생겼는데 그렇다면 R, L, G, C값을 알아야 계산할 수 있을 것이다.
일반적으로 도선의 저항(R)은 매우 작고 유전체의 저항(G)는 매우 크므로 무시 될 수 있다.
고로 C, L 값만 구하면 된다.
헌데 실제 Cap 계산은 아래와 같이 두 금속의 사이 뿐만이 아니려 옆면, 윗면도 영향을 준다.
(옆면, 윗면 등에 의해 생기는 Cap 을 fringing cap. 이라 한다)
계산하기 매우 어렵기 때문에 훌륭하신 분이 아래와 같이 Micro strip 구조에 대한 Impedance 근사 식을 아래와 같이 만들어냈다.
위의 그림에서 t는 무시 되었으며 d=h 이다.
여기엔 수식적 한계가 있는데
- 실제로는 주파수에 따라 다르다.(ex. Skin depth)
- x의 영향도 있다.
- 도선 근처에 다른 micro strip이 없어야 한다.(고로 맨처음 PCB에서는 근처에 도선이 있기 때문에 수식이 안맞을 수 있다.)
대략 다른 micro strip가 3W rule을 지켜야 한다. 3W rule은 아래와 같다.
아래 글들을 참고하자.
3. 실제 설계
3.1 Tool Download
용량이 크기 때문에 올리기 어렵고, 여러 Tool이 존재하나 무료로 유명한 Tool을 아래 Link에서 다운받는다.
3.2 Tool 실행하기
실행시키면 아래와 같은 창이 뜨는데 Transmission line에서 microstrip을 누른다.
그러면 아래와 같은 창이 뜨는데 각종 parameter를 입력하면 된다.
Length Units 기본이 mils(mm가 아니다)이므로 편한 단위로 바꾸자
입력우 Calculate Z0[F4]를 누르면 된다.
3.3 Parameter 아는 방법
L, W야 설계하는 값이지만 H, T, er 값을 모를 것이다.
PCB 공정에 따라 다르지만 내가 주로 쓰는 한샘디지텍(https://www.hsdgt.com/)을 예로 들겠다.
홈페이지 주문&견적 => 작업사양정보에 보면
아래와 같이 Pattern이 있다.
저 동박의 두께가 바로 T 값이다. Hoz, 1oz 2oz인지는 설계할때 알아서 정해라.
(Power가 높을 수록 oz가 올라가나 공정상 여러 변수가 있다.)
마찬가지로 아래와 같이 두께 정보가 나와있다.
T = mm 이다. 1.0T로 설정하였으면 H = 1mm을 입력하면 된다.
2층이 아닌 3층 이상의 Multi layer인 경우 잘 찾아보면 나와있다.(https://www.hsdgt.com/order/sample3.asp)
모르겠으면 전화로 물어보면 불친절 하게 알려준다.
이제 유전율인 er만 남았다.
일반적으로 PCB는 FR-4라는 물질을 유전체로 쓰는데 이 물질의 유전율은 4.3 ~ 4.6이다.
일반적으로 4.3으로 넣고 계산한다.
모든 Parameter를 알았으니 W를 바꿔가면서 원하는 Z0 값이 나오도록 노가다를 하자.