KR100728303B1

KR100728303B1 - 인쇄회로기판 위의 마이크로 스트립 전송선의 누화 잡음감쇄용 서펜타인 가드 트레이스

Info

Publication number: KR100728303B1
Application number: KR1020060031987A
Authority: KR
Inventors: 이현배; 박홍준
Original assignee: 학교법인 포항공과대학교; 포항공과대학교 산학협력단
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2007-06-13
Also published as: US7705690B2; US20070236303A1

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판 위의 마이크로 스트립 전송선의 누화 잡음 감쇄용 서펜타인 가드 트레이스에 대하여 개시된다. 서펜타인 가드 트레이스는, 인쇄회로기판 위의 마이크로 스트립 전송선을 통한 고속 신호 전송 시, 인접한 다른 전송선 신호의 전자기적 간섭으로 인해 발생하는 수신단 누화 잡음을 줄인다. 서펜타인 가드 트레이스는 인접한 두개의 전송선 사이에 위치하게 되고, 효과적인 서펜타인 구조를 위해 신호선의 선폭보다 좁은 폭을 지닌 전송선을 사용한다. 좁아진 선폭으로 인해 서펜타인 가드 트레이스의 특성 임피던스가 증가하게 되고, 여기서 발생하는 반사파를 최소화하기 위해 이 특성 임피던스와 같은 값의 종단 저항을 가드 트레이스 양끝단에 설치한다. 본 발명은 종래의 직선 구조 가드 트레이스 대신, 서펜타인 가드 트레이스를 사용함으로써 수신단 누화 잡음을 효과적으로 줄일 수 있기 때문에, 인쇄회로기판 위에서의 고속 신호 전송시 유용하게 사용될 수 있다.

서펜타인 가드 트레이스, 마이크로 스트립 전송선, 누화 잡음

Description

인쇄회로기판 위의 마이크로 스트립 전송선의 누화 잡음 감쇄용 서펜타인 가드 트레이스{Serpentine Guard Trace for Reducing Crosstalk of Micro-strip line on Printed Circuit Board}

도 1a 및 도 1b는 2개의 인접한 신호선에서 발생되는 누화 잡음을 설명하는 도면이다.

도 2는 2개 전송선의 인접 거리에 따른 수신단 누화 잡음 영향의 측정을 위한 인쇄회로기판 단면도이다.

도 3은 2개 전송선의 인접 거리에 따른 수신단 누화 잡음의 시간축 측정 결과를 나타내는 도면이다.

도 4는 누화 잡음을 줄이기 위한 종래의 가드 트레이스의 구조도이다.

도 5는 도 4의 가드 트레이스의 인쇄회로기판 단면도이다.

도 6은 도 4의 가드 트레이스의 효과 검증을 위한 수신단 누화 잡음의 시간축 측정 결과를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 서펜타인 가드 트레이스(Serpentine Guard Trace)를 포함하는 채널 구조도이다.

도 8은 도 7의 서펜타인 가드 트레이스 내 각 부분의 치수를 나타내는 도면이다.

도 9는 도 7의 서펜타인 가드 트레이스의 수신단 누화 잡음 감소 효과의 검증을 위한 인쇄회로기판 사진이다.

도 10은 가드 트레이스를 사용하지 않은 경우, 도 4의 종래의 가드 트레이스를 사용한 경우, 그리고 도 7의 본 발명의 서펜타인 가드 트레이스의 구역 길이에 따른 수신단 누화 잡음 피크 값(Peak Value)들을 비교한 그래프이다.

도 11은 본 발명의 최적화된 구역 길이 100mil의 서펜타인 가드 트레이스와 도 4의 종래의 가드 트레이스 그리고 가드 트레이스를 사용하지 않은 구조의 수신단 누화 잡음의 시간축 측정 결과를 비교한 그래프이다.

본 발명은 전송선에 관한 것으로, 특히 인쇄회로기판 위의 전송선을 통한 고속 신호 전송 시 인접한 다른 전송선 신호의 전자기적 간섭으로 인해 발생하는 수신단 누화 잡음을 줄이기 위한 서펜타인 가드 트레이스를 포함하는 채널 구조에 관한 것이다.

여러 쌍의 전송선을 이용하여 신호를 전송하는 경우, 인접한 전송선 상의 신호로 인하여 다른 전송선의 신호가 영향을 받는 경우를 누화 잡음(Far-end Crosstalk)이라 한다. 이는 각 신호선의 전자기적 간섭에 의한 현상으로, 고속 신호 전송시 심각한 신호 손실의 원인이 된다.

도 1a는 인접한 2개의 전송선(110, 120) 중 하나의 전송선(110)에 신호가 인 가되는 경우, 다른 전송선(120)에 나타나는 누화 잡음을 나타내는 개략도이다. 도 1a에서의 누화 잡음은 도 1b의 전기적 소자 모델에서 보여주는 상호 인덕턴스(Mutual Inductance, Ls)에 의한 인덕티브 간섭(Inductive Coupling, Lm)과 상호 커패시턴스(Mutual Capacitance, Cs)에 의한 커패시티브 간섭(Capacitive Coupling, Cm)이 원인이다. 누화 잡음은 송신기쪽으로 진행하는 잡음과 수신기쪽으로 진행하는 잡음으로 나뉘게 되고, 각각 최종단에 도달하게 되면 각각 송신단 누화 잡음과 수신단 누화 잡음으로 나타나게 된다. 도 1a에서 R0=Z라고 하면 다음과 같은 식이 유도된다.

송신단 누화 잡음은 수학식 (1)과 같이, 신호가 수신단에 전파되는 동안 일정하게 계속 일어나는 현상으로서, 디지털 캘리브레이션(Digital Calibration) 등의 방법을 사용하게 되면 쉽게 제거할 수 있다. 그러나, 수신단 누화 잡음은 수학식 (2)와 같이, 인가된 신호가 시간에 따라 변할 때만 순간적으로 일어나는 현상으로서 회로적으로 제거하기 어려운 성분이다. 그런데 스트립 라인(Strip line)처럼 균일한 매질 속의 전송선의 경우, 커패시티브 간섭과 인덕티브 간섭의 양이 서로 같게 되어 이상적으로는 수학식 (2)가 0이 된다. 따라서 수신단 누화 잡음이 심각한 문제가 될 수 있는 시스템의 경우, 스트립 라인을 전송선으로 사용하면 문제를 해결할 수 있다. 그러나 스트립 라인은 마이크로스트립 라인 (Micro-strip line)보다 제작 단가가 비싸기 때문에, 일반적인 디지털 시스템에서는 마이크로스트립 라인을 사용하게 된다.

전송선의 한쪽 면이 공기 중에 드러나 있는 마이크로스트립 라인의 경우, 인덕티브 간섭이 커패시티브 간섭보다 더 크게 된다. 전송선 간의 인접 거리가 멀어질수록 이들의 간섭 현상은 지수함수적으로 감소하기 때문에, 마이크로스트립 라인을 사용하는 일반적인 시스템의 경우, 전송선 간의 인접 간격을 충분히 멀리하면 어느 정도의 수신단 누화 잡음을 줄일 수 있다. 이를 검증하기 위하여, 도 2와 같은 인쇄회로기판 단면도에서, 인접 거리 S를 14mil과 42mil로 변화시키면서 시간 축에서 수신단 누화 잡음을 측정하면, 도 3과 같은 결과를 얻을 수 있다.

도 3을 참조하면, 전송선 간의 인접 거리를 늘리면 수신단 누화 잡음이 감소하지만, 아직도 상당한 누화 잡음이 존재하게 된다. 이를 감소시키기 위해, 종래에 사용하던 방법들 중 하나인 도 4처럼 가드 트레이스(Guard trace)를 인접한 전송선 사이에 두는 방법이 있다. 도 4의 가드 트레이스 구조의 수신단 누화 잡음 감소 검증을 위한 인쇄회로기판 단면도가 도 5에 도시된다. 도 4에서, 추가된 가드 트레이스의 특성 임피던스는 일반적으로 신호선과 같은 것을 사용하게 된다. 따라서 가드 트레이스의 종단 저항도 다른 신호선들과 같은 값을 갖게 된다.

도 4 및 도 5의 가드 트레이스의 효과 검증을 위한 수신단 누화 잡음의 시간 축 측정 결과가 도 6에 도시된다. 도 6에서 알 수 있듯이, 종래의 가드 트레이스를 사용하면 수신단 누화 잡음이 일부 감소되지만, 시스템의 성능을 크게 향상시키지는 못하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 종래의 가드 트레이스 구조를 개선하여 수신단 누화 잡음을 효과적으로 줄인 새로운 구조의 가드 트레이스를 포함하는 채널 구조를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 채널 구조는 제1 전송선, 제1 전송선과 이격되어 배치되는 제2 전송선, 그리고 제1 전송선과 제2 전송선 사이에 배치되고 제1 및 제2 전송선의 폭들에 비해 좁은 선폭을 갖고 꾸불꾸불한 형태의 서펜타인 가드 트레이스를 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따라, 서펜타인 가드 트레이스는 제1 및 제2 전송선의 신호 진행 방향에 대하여 수직 성분의 길이를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따라, 서펜타인 가드 트레이스는 서펜타인 가드 트레이스의 특성 임피던스와 같은 크기의 종단 저항을 상기 서펜타인 가드 트레이스의 양끝단에 설치할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면에 따른 채널 구조는 제1 전송선, 제1 전송선과 이격되어 배치되는 제2 전송선, 그리고 제1 전송선과 제2 전송선 사이에 배치되고 제1 및 제2 전송선의 폭들에 비해 좁은 선폭을 갖고 제1 및 제2 전송선과 평행한 방향으로 제1 구역 길이와 제1 및 제2 전송선과 수직한 방향으로 제2 구역 길이로 꾸불꾸불하게 배치되는 서펜타인 가드 트레이스를 포함한다.

본 발명의 실시예들에 따라, 제1 구역 길이(L)는 0.5ㅧS≤L≤20ㅧS로 설정될 수 있고, S는 제1 전송선과 상기 제2 전송선 사이의 이격 거리이다.

본 발명의 실시예들에 따라, 제2 구역 길이는 서펜타인 가드 트레이스의 선폭을 제1 및 제2 전송선의 폭들에 비해 감소시킴에 따라 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 채널 구조는 수신단 누화 잡음을 감소시키기 위한 가드 트레이스를 종래의 일자 구조에서 서펜타인(Serpentine) 구조로 변형시킴으로써 효과적인 수신단 누화 잡음의 감소시킨다. 이에 따라, 인쇄회로 기판의 면적이 제한되어 있는 고속 시스템에서 주어진 인접 거리를 가진 두 신호선 사이에 서펜타인 가드 트레이스(Serpentine Guard Trace)를 위치시킴으로써 좀 더 쉽게 수신단 누화 잡음을 줄인다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 서펜타인 가드 트레이스(Serpentine Guard Trace)를 포함하는 채널 구조도이다. 도 7을 참조하면, 서펜타인 가드 트레이스(Serpentine Guard Trace, 730)는 2개의 전송선들(710, 720) 사이에 배치된다. 서펜타인 가드 트레이스(730)는 도 4의 종래의 직선 구조 가드 트레이스에 비해 가드 트레이스의 전체 길이가 증가된다. 그리고, L2 길이의 효과적인 증가를 위해 가드 트레이스의 폭(W2)을 전송선의 폭(W1) 보다 감소시킨다. 또한, 가드 트레이스의 폭이 감소함으로써 이의 특성 임피던스가 증가하게 되는데, 가드 트레이스에서 발생하는 반사파를 최소화하기 위하여 가드 트레이스의 특성 임피던스와 같은 크기의 종단 저항을 양끝단에 설치한다.

서펜타인 가드 트레이스 구조의 특성상 도 8과 같은 구역 길이(Section length) 파라미터가 생기는데, 수신단 누화 잡음의 최소화를 위한 구역 길이의 최적화가 필요하다. 이를 위해 구역 길이를 변화시키면서 누화 잡음을 측정한다. 도 9는 도 7의 서펜타인 가드 트레이스가 구현된 인쇄회로기판 사진이다.

도 10은 도 8에서 W1=14mil, S1=42mil일 때 가드 트레이스(Guard trace)를 사용하지 않은 경우, 도 4의 종래의 가드 트레이스를 사용한 경우, 그리고 본 발명에 의한 도 8의 W2=6mil, S2=6mil, L2=30mil일 때, 구역 길이 L에 따른 수신단 누화 잡음 피크 값(Peak Value)들을 비교한 그래프이다. 도 10에서 알 수 있듯이, 구역 길이가 지나치게 크거나 혹은 지나치게 작아지게 되면, 수신단 누화 잡음의 크기가 커짐을 알 수 있다. 그러므로, 신호선 간의 거리를 S라 할 때, 최적화된 구역 길이의 범위는 다음과 같이 얻어진다.

도 11은 본 발명의 최적화된 구역 길이 100mil의 서펜타인 가드 트레이스와 도 4의 종래의 가드 트레이스 그리고 가드 트레이스를 사용하지 않은 구조의 수신단 누화 잡음의 시간축 측정 결과를 비교한 그래프이다. 도 11의 본 발명의 최적화된 구역 길이 100mil의 서펜타인 가드 트레이스의 측정 결과는 도 9의 인쇄 회로 기판을 이용하여 측정한 결과이다. 도 11에서, 본 발명의 서펜타인 가드 트레이스 구조가 도 4의 종래의 가드 트레이스 구조에 비해 약 2.6배 정도 수신단 누화 잡음을 감소시킨다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 본 발명은 수신단 누화 잡음을 감소시키기 위한 가드 트레이스를 종래의 일자 구조에서 서펜타인(Serpentine) 구조로 변형시킴으로써 효과적인 수신단 누화 잡음의 감소시킨다. 이에 따라, 인쇄회로 기판의 면적이 제한되어 있는 고속 시스템에서 주어진 인접 거리를 가진 두 신호선 사이에 서펜타인 가드 트레이 스(Serpentine Guard Trace)를 위치시킴으로써 좀 더 쉽게 수신단 누화 잡음을 줄인다.

Claims

제1 전송선;

상기 제1 전송선과 이격되어 배치되는 제2 전송선; 및

상기 제1 전송선과 상기 제2 전송선 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 전송선의 폭들에 비해 좁은 선폭을 갖고 꾸불꾸불한 형태의 서펜타인 가드 트레이스를 구비하는 채널.
제1항에 있어서, 상기 서펜타인 가드 트레이스는

상기 제1 및 제2 전송선의 신호 진행 방향에 대하여 수직 성분의 길이를 증가시키는 것을 특징으로 하는 채널.
제1항에 있어서, 상기 서펜타인 가드 트레이스는

상기 서펜타인 가드 트레이스의 특성 임피던스와 같은 크기의 종단 저항을 상기 서펜타인 가드 트레이스의 양끝단에 설치하는 것을 특징으로 하는 채널.
제1 전송선;

상기 제1 전송선과 이격되어 배치되는 제2 전송선; 및

상기 제1 전송선과 상기 제2 전송선 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 전송선의 폭들에 비해 좁은 선폭을 갖고, 상기 제1 및 제2 전송선과 평행한 방향으로 제1 구역 길이와 상기 제1 및 제2 전송선과 수직한 방향으로 제2 구역 길이로 꾸불꾸불하게 배치되는 서펜타인 가드 트레이스를 구비하는 채널.
제4항에 있어서, 상기 제1 구역 길이(L)는

0.5×S≤L≤20×S로 설정되고, S는 상기 제1 전송선과 상기 제2 전송선 사이의 이격 거리인 것을 특징으로 하는 채널.
제4항에 있어서, 상기 제2 구역 길이는

상기 서펜타인 가드 트레이스의 선폭을 상기 제1 및 제2 전송선의 폭들에 비해 감소시킴에 따라 증가되는 것을 특징으로 하는 채널.
제4항에 있어서, 상기 서펜타인 가드 트레이스는

상기 서펜타인 가드 트레이스의 특성 임피던스와 같은 크기의 종단 저항을 상기 서펜타인 가드 트레이스의 양끝단에 설치하는 것을 특징으로 하는 채널.