PCB 레이아웃 설계 중 고속 디지털 신호 라인에서 발생하는 현상에 대해 질문합니다.

Question

고속 디지털 신호 라인에서 발생하는 누화 현상을 줄이기 위한 그라운드 플레인 배치와 배선 설계 규칙을 구체적인 사례를 들어서 설명해주세요. 비아를 사용할 때 주의해야 할 임피던스 불연속성 문제도 함께 다루어 주시면 감사하겠습니다.

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

고속 디지털 라인에서 노화 현상을 줄이려면은 신호선 사이의 그라운드 배선을 넣거나 3W 규칙으로 거리를 띄우고 바로 아래의 기준면을 깔아야 됩니다. 비아를 뚫으면은 인피던스가 급격히 변합니다. 그래서 반사파가 생기니까 안티패드 크기를 조절하시거나 스티칭 비아를 근처에 배치해서 복귀 전류 경로를 확보는 게 중요합니다. 이런 규칙들을 잘 지키면 전송선로의 임피던스의 불연속성을 최소화할 수 있어요.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

고속디지털 pvb에세 누화를 줄이는 핵심은 신호선의 전류가 돌아오는길을 끊지않고, 신호선끼리 충분히 떨어뜨리는 것입니다.

그라운드 플레인: 고속 신호 바로 아래층은 가능한 한 끊김 없는 GND Plane으로 두는 게 좋습니다. 신호가 GND 분할면이나 슬롯 위를 지나가면 리턴 전류가 우회하면서 EMI와 누화가 증가합니다.

배선 간격: 고속 신호를 장거리 평행하게 붙여 배선하지 않습니다. 실무에서는 시작점으로 흔히 3W Rule(신호선 중심 간격을 선폭의 약 3배 이상)을 적용하고, 민감한 신호는 더 넓게 확보합니다. 단, 3W는 절대적인 보장 규칙은 아니므로 스택업과 목표 임피던스에 맞춰 검증해야 합니다.

인접층 배선: 서로 인접한 신호층을 사용해야 한다면 한 층은 가로, 다른 층은 세로처럼 평행 구간을 최소화하는 것이 좋습니다.

클럭 우선 관리: 100 MHz 클럭이라도 상승시간이 매우 짧으면 GHz대 고주파 성분을 포함합니다. 따라서 단순히 클럭 주파수만 보고 저속 신호로 판단하면 안 됩니다.

비아: 신호가 비아를 통과하면 배선 구조가 바뀌면서 기생 인덕턴스·커패시턴스가 생겨 임피던스가 순간적으로 달라지고 반사가 발생합니다. 따라서 고속 신호는 비아 개수를 최소화하는 것이 기본입니다.

예를 들어 50Ω 클럭 라인을 Top층에서 배선하다 비아로 Bottom층으로 이동한다면 신호 비아만 하나 두기보다, 가까운 곳에 GND 스티칭 비아를 배치해 리턴 전류도 층을 자연스럽게 이동할 수 있도록 하는 것이 중요합니다.