PCBInside

 오실로스코프(oscilloscope)는 대개 수직으로 10개의 division을 갖는다. 그리고 샘플링 비트수를 모두 활용하면 10개의 division에 꽉 찬 신호를 보여준다. 그런데, 신호의 크기가 만약 2개의 division만 사용하여 표시된다면, 유효 샘플링 수는 크게 줄어들게 되고 SNR은 커진다. 스윙 레벨이 작은 신호를 측정할 경우 scale을 조정하여 최대한 디스플레이의 크기에 맞춰줘야 정밀도가 증가한다.

 파워 노이즈 측정 시, 노이즈 신호는 대개 수 ~ 30여 mV 크기를 갖게 된다. 이 경우, 노이즈를 디스플레이에 꽉 채우려면, 2 mV/div 정도가 되어야 할 것이다. 만약 10 mV/div 이상이면 정밀도가 떨어진다. 이렇게 되면 실제와 수 배 이상 차이가 날 수 있다. 따라서, 파워 측정을 하려면, attenuation이 작은 프루브를 사용하는 것이 바람직하다. 10X 이상은 power probing에 적절하지 않다.

 가장 좋은 방법은 코엑시얼 케이블로 측정부위를 솔더링 후 스코프에 물려서 측정하는 것이다. 가장 정밀하다. 차선은 프루브 팁과 GND의 간격(루프)를 최소화 하여 프루빙한다. 이 때, 프루브 팁과 GND를 short 시켜서 주변 노이즈가 어떤지 파악해 둔다.

 프루브는 임피던스가 높은 것일수록 좋고, 측정 신호보다 충분히 큰 대역폭을 확보하고 있는 것이 좋다. 필요 시 오실로스코프의 AC coupling 기능을 사용하거나 probe의 offset을 조정하여 사용한다.

Probe 선택 순서:

1.     Active든 Passive든 attenuation이 작은 것. 1X 혹은 2X

2.     대역폭이 충분히 넓은 것(high impedance)

Power Plane Overlap(파워 판 겹침의 임피던스에 대한 영향)

가끔씩 아래 그림과 같이 여러 개의 power 판이 1개의 ground 판을 reference하는 경우를 보게 된다. 이 경우에 각 판 사이에는 어떤 impedance 관계가 형성이 될까?

아래 그래프가 그 답을 알려 주고 있다.

파란 선(original)은 power2가 없을 때의 power1과 ground 사이의 impedance이다. 빨간 선(float-blocking)은 power2가 power1과 ground 사이의 삽이 되었을 때의 power1과 ground 사이의 impedance이다. 원래의 경우와 거의 비슷하다. Power1과 power2 사이의 impedance는 녹색선(coupling to other plane)이다. Power1의 AC(노이즈) 성분은 ground보다 power2로 더 잘 coupling 된다.

Power1과 ground 사이에 100nF(ESL = 1 nF, ESR = 0.01) 짜리 capacitor를 삽입했을 경우에 어떤 변화가 있는지 살펴보자. 분홍 선은 power1과 ground 사이의 impedance 곡선이 capacitor에 의해서 변한 것을 보여준다. 그런데 capacitor를 삽입하지 않은 power2와 ground 사이의 impedance도 변한 것을 볼 수 있다(연한 풀색 선). 

Power plane들이 overlap이 되어 있을 경우에 각 power들은 서로 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 따라서, 한 쪽의 decoupling이 좀 빈약하더라도 다른 쪽의 영향을 받아서 극복이 될 수도 있다. 그러나, 더 나쁜 상황도 생각할 수 있는데, 예들 들어 두 power가 12V와 1.2V 처럼, power 간의 크기 차이가 크다면 큰 쪽에서 발생한 노이즈가 작은 쪽으로 쉽게 전이되어 에러를 유발할 수도 있다. 혹은 하나의 power가 digital이고 다른 power는 analog일 경우에도 문제를 일으킬 수 있다. 다만, 크기가 비슷한 digital power끼리라면 문제되지는 않을 것이다.