■ 배선 레이아웃에 의한 스큐

원저: Howard Johnson
편집: 국제테크노정보연구소 기술정보실
 

차동배선을 절곡하여 레이아웃 하면, 외측의 선로가 내쪽의 선로보다 길어진다. 이 차이로 인해 차동신호간에 작은 스큐(전달지연시간의 차)가 발생한다. 스큐는 차동신호의 일부를 코먼모드(동상) 신호로 모드 변환을 해 버리므로 주의가 필요하다.

■ 먼저 드라이버를 조사하라

코너에서 발생하는 스큐가 문제로 되는 것은 드라이버 IC 자체의 스큐보다 충분히 클 경우이다. 따라서 우선, 드라이버 IC의 스큐를 조사해야 한다. 통상, 드라이버 IC의 스큐는 사양으로 규정되어 있지 않다. 이 경우는 상승시간의 10%, 또는 그 이상으로 예상해 둔다. 일반적으로 디지털의 차동드라이버는 차동 밸런스가 좋다고는 할 수 없다. 이에 대해 아날로그 트랜스시버는 차동 밸런스가 양호하다. 스큐의 정합성에 대해서 정확성을 요구하는 아날로그 용도에 맞춰 설계되어 있기 때문이다.
예를 들면, Ethernet의「100 BASE-TX」용 트랜스시버에서는 차동밸런스가 취해진 출력트랜스와 코먼모드 초크코일을 사용하면 코먼모드 신호의 크기를 차동신호의 1/1000로 억제된다. 100 BASE-TX 신호의 상승시간은 약 8 ns이다. 이것을 전자파의 공기중에 있어서 전달거리로 환산하면 2.4 m가 된다. 스큐가 1/1000 이라고 하는 것은, 전달거리의 차이는 2.4 mm이다. 즉 커넥터나 코너에 있어서 선로길이의 차이는 합계 2.4 mm 이하가 되도록 조정하면 좋을 것이다. 따라서, 2.4 mm보다 충분히 작은 스큐의 요인은 무시해도 상관없다.
한층 더 고속일 경우는 어떻게 되는가. 2.5 G비트/초의 시리얼 링크 드라이버는 상승시간이 200 ps로 짧다. 단, 드라이버 IC 자체의 스큐가 20 ps 이상으로 상당히 크다(더 클지도 모른다). 이 경우는, 20 ps정도의 스큐에 주의하면 되는 것이다.

■ 코너 형상은 거의 관계없다

그림 1은 3종류의 코너 형상에 있어서 스큐의 계산값을 나타낸 것이다. 배선 피치(두 배선의 중심간 거리)를 ρ로 한다. 길이를 비교하기 위해 같은 길이의 부분을 물색, 굴곡부를 진한 청색, 길이의 차에 해당되는 부분을 복숭아색으로 나타내었다. 선로길이의 차이는 왼쪽에서 순서대로 2ρ, 1.65ρ, 1.57ρ로 된다. 이 결과, 차동배선의 레이아웃에서는 코너부에 모따기나 곡선부를 마련해도 스큐를 크게 개선할 수 없다는 것을 알 수 있다.

배선피치 ρ를 0.5 mm, 선로의 전달속도를 6.4μs/m로 했을 경우, 그림 1의 코너에 있어서의 스큐는 최대 2×(0.0005×6.4μs/m)=6.4 ps, 최소 1.57×(0.0005×6.4μs/m)=5.0 ps로 된다. 이 값이 드라이버 IC 자체의 스큐보다 매우 작으면 배선 레이아웃에 의한 스큐는 무시해도 상관없다.
스큐가 문제가 되는 경우는 다음 2가지 방법으로 해결한다. 첫째는, 배선피치를 좁게 하는 방법이다. 배선피치가 좁아지는만큼 스큐는 작아진다. 이것은 결합이 큰 2 배선에 있어서 많지 않은 이점의 하나이다. 둘째는, 드라이버 IC를 나왔을 때 신호의 진행방향과, 리시버 IC에 들어갈 때 신호의 진행방향을 동일하게 하는 것이다. 이렇게 하면 소용돌이 형태의 배선으로 하지 않는 한, 도중 경로의 레이아웃에 관계없이 우회수와 좌회수가 자동적으로 같은 수로 된다. 따라서 전체 선로길이의 차를 0으로 할 수 있다.

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