직렬(series) 저항 값에 대한 고찰

시작 단의 반사파를 예방하기 위해서, 즉 링잉(ringing)을 억제하기 위해서 직렬 저항을 드라이버의 출력 바로 뒤에 삽입한다. 우리는 이것을 시리얼 터미네이션 이라고 부르는데, 그 값은 PCB(인터커넥션)의 특성 임피던스에서 드라이버 출력 임피던스를 뺀 값이다.

드라이버와 직렬 저항을 물리적으로 충분히 가깝게 배치할 경우 그 둘은 하나로 lumped하게 볼 수 있다. 따라서 드라이버의 출력 임피던스와 저항 임피던스가 더해져서 그 값이 인터커녁션(PCB)의 임피던스와 같게 되면 반사가 발생하지 않는다.

그런데, 위 설명은 이상적인 것을 말하고 현실은 다소 다를 수 있다. 먼저 드라이버의 pull-up 특성과 pull-down 특성이 다를 경우를 흔히 볼 수 있는데, 그러면 pull-down 때의 저항 값과 pull-up 때의 저항 값이 달라야 하는데 이는 물리적으로 불가능하므로 둘 사이 값으로 적당히 타협을 보는 것이 일반적일 것이다. 물론 요즘처럼 기가 대역의 신호를 사용하는 경우는 칩 내에 드라이버의 pull-up/pull-down 임피던스를 정확히 50 ohm에 맞추도록 캘리브레이션 하는 기능이 내장되어 있는 경우가 많아, PCB 상에서 저항을 넣지 않아도 되는 경우도 있다.

 

여기서 고찰해 보고 싶은 것은 드라이버의 출력 임피던스를 정확히 잘 모를 때 혹은 정확히 알고 있더라도 의도적으로 인터커넥트의 임피던스와 맞추지 않고 싶은 경우이다. 자 여기에 출력 임피던스를 잘 모르는 드라이버가 있다고 하자. 직렬 저항 값을 얼마로 선택할 것인가?

여기에는 어느 정도 합리적인 가정이 필요하다(가정을 잘 하는 것도 기술이다). 드라이버의 출력 임피던스를 20~40 ohm 이라고 가정 하자. 인터커넥션의 임피던스를 50ohm으로 설계한다고 하면, 직렬 저항은 30~10 ohm이 되어야 할 것이다. 값의 폭이 넓다. 어떤 값을 선택할 것인가?

아마도 저항 값으로 가정의 중간인 20 ohm을 선택할 수도 있을 것이다. 그런데 여기서 의도적으로 10ohm이나 30 ohm을 선택할 수도 있는데, 어떤 경우에 그럴 수 있는지 살펴 보자.

신호의 동작 주파수가 GHz 대역의 고속 신호인 경우, 고주파 손실 크고 한 주기가 매우 짧기 때문에, 데이터 아이(eye)를 확보하는 것이 매우 중요하다. 따라서 신호 크기를 키운다는 관점에서 인터커넥션보다 드라이버+저항 임피던스가 작은 것이 유리하다. 따라서 의도적으로 저항 값을 10 ohm으로 선택할 수 있다. 이것은 고의적으로 링잉을 다소 만들 수 이지만 eye가 확보된다는 면에서 장점으로 작용한다. 또는 동작 주파수가 고속이 아닐지라도 인터커녁션의 길이가 매우 긴 경우 고주파 손실이 매우 많이 발생하는데 이것을 보상하는 차원에서 드라이버 + 저항 임피던스를 낮게 할 수 있다. 드라이버 단의 링잉 성분은 리시버 단에서 사라져 있을 것이다. 만약에 신호의 동작 주파수가 수십 MHz 대역이면서 신호 채널이 데이지 체인으로 구성된 경우,  임피던스 불연속이 불가피한 경우가 발생할 경우, 신호를 스트로빙 할 수 있는 구간이 매우 넓기 때문에 노이즈를 최대한 억제하는 것이 좋다. 노이즈는 변하는 전류량이 크기에 비례하기 때문에 변하는 전류량을 작게 하는 것이 유리하므로 직렬 저항 값을 30 ohm으로 선택할 수 있다.

 

직렬 저항 값을 항상 PCB 특성 임피던스에서 드라이버 임피던스를 뺀 것이라는 생각을 접어두고 필요에 따라서 값을 다소 키우거나 줄일 수도 있다는 생각을 할 필요가 있다.