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최적화된 다층 PCB 설계가 신호 무결성을 향상시키는 방법은 무엇인가?

Jan 13, 2026

1. 서론: 멀티시그널 다층 PCB 설계에서 최적화된 신호 무결성의 중요성

오늘날 빠르게 변화하는 전자 기술 환경에서 소형화되고 고성능인 장치에 대한 수요는 아날로그 및 디지털 회로를 단일 멀티시그널 PCB 에 통합하도록 이끌고 있습니다. 이러한 보드는 스마트 산업용 컨트롤러부터 자동차 인포테인먼트 시스템에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되며, 그 작동의 중심에는 하나의 매우 중요한 요소가 자리 잡고 있습니다: 시그널 인테그리티 .

신호 무결성(SI) 이란 전기 신호가 인쇄회로기판(PCB)을 통해 전달될 때 그 신호의 품질과 신뢰성을 의미합니다. 신호가 의도된 형태, 전압, 타이밍을 경로 전체에 걸쳐 유지할 경우 시스템은 예상대로 정상적으로 동작합니다. 그러나 고속 디지털 PCB 구간과 민감한 아날로그 PCB 혼합 신호 레이아웃에서 공존하는 도메인들 사이에 신호 품질을 위협하는 요소들이 증가합니다. 고주파 전이, 스위칭 노이즈 및 부수적 효과는 신호를 저하시켜 크로스토크 , 그라운드 바운스 ), 전자기 간섭( EMI ), 규제 문제, 그리고 시장 출시 지연이라는 고통스러운 결과를 초래할 수 있습니다.

왜 혼합 신호 PCB에서 신호 무결성(Signal Integrity)이 중요한가?

디지털 회로는 아날로그 경로를 쉽게 오염시킬 수 있는 빠른 엣지 속도, 전압 변동 및 급격한 전류를 발생시키기 때문에, 혼합 신호 기판은 고유한 SI 과제에 직면합니다. 기준 전압의 잘못된 스파이크 접지면 또는 손상된 클록 신호는 정밀하지 못한 아날로그 측정값, 실패한 ADC 통합 , 또는 데이터 전송 오류를 의미할 수 있으며, 특히 안전이 중요한 애플리케이션이나 고해상도 응용 분야에서는 더욱 심각합니다.

패스트 팩트 표: 왜 혼합 신호 PCB에서 신호 무결성이 중요한가?

문제

디지털 PCB 효과

아날로그 PCB 효과

현실 세계에서의 영향

크로스토크

비트 오류

신호 왜곡

신뢰할 수 없는 출력, 시스템 노이즈

그라운드 바운스

타이밍 실패

기준 전압 이동

엣지 누락, ADC 정확도 저하

EMI / EMC 관리

배출가스 불량

소음 증가

규제 인증 실패

리턴 경로 루프

왜곡, 지터

허밍 소리, 잡음 유입

감지 정확도 저하, 전원 문제

이 가이드의 내용

이 심층 가이드를 통해 다음 내용을 학습하게 됩니다.

  • 기본 원리 멀티시그널 PCB 공학
  • SI 관리를 위한 실용적인 모범 사례(다음과 같은 키워드 포함: 제어 임피던스 차동 쌍 라우팅 , 그리고 접지 전략 )
  • 성능과 양산성을 극대화하기 위한 12단계 프로세스
  • 비아, 적층 구조, 소커플링 커패시터 등에 대한 심화적 다룸
  • 문제 해결 팁 및 사례 예시
  • 최신 도구를 활용한 SI 시뮬레이션 그리고 PDN 분석

2. 하이브리드 신호 PCB 설계란?

A 멀티시그널 PCB 아날로그 및 디지털 구성 요소를 단일 기판에 통합하는 인쇄회로기판입니다. 이러한 융합을 통해 최신 장치는 아날로그인 물리 세계와 디지털 영역을 연결할 수 있으며, 센서가 풍부한 사물인터넷(IoT) 제품부터 고급 자동차 전자제어장치(ECU)까지 다양한 기술을 가능하게 합니다.

하이브리드 신호, 아날로그 및 디지털 PCB 영역 정의

  • 아날로그 PCB 오디오, 온도 또는 전압 레벨과 같은 연속 신호를 처리합니다. 이러한 신호는 노이즈, 크로스토크 및 미세한 전압 변동에 매우 민감합니다.
  • 디지털 PCB 이산 로직 신호(0과 1)를 처리합니다. 겉보기에 강인해 보일 수 있으나, 특히 고속 디지털 회로는 전자기 노이즈, 그라운드 바운스 및 동시 스위칭 출력(SSO)의 주요 원천이 됩니다.
  • 혼합 신호 PCB 설계 이 두 가지 영역이 공존해야 하는 배치를 의미하며, 신호 무결성, 시그널 인테그리티 , 접지 및 전원 무결성 문제에 세심한 주의가 필요합니다.

혼합 신호 PCB의 일반적인 응용 분야

혼합 신호 PCB는 다음을 포함한 많은 중요 시스템의 핵심입니다.

  • 산업 자동화: 고정밀 센서 인터페이스를 갖춘 실시간 제어.
  • 자동차 시스템: 인포테인먼트, 배터리 관리, ADAS 및 엔진 제어.
  • 소비자 전자제품: 스마트폰, 웨어러블 기기, 오디오 장치 및 카메라.
  • 의료기기: 환자 모니터, 영상 촬영 시스템 및 진단 장비.
  • 통신: 라우터, 송수신기, SDR 및 고속 네트워킹 장비.

표: 혼합 신호 PCB 사용 사례 예시

응용

장치 예시

아날로그 섹션

디지털 섹션

산업 제어

PLC 컨트롤러

열전대 센서 입력

마이크로컨트롤러 및 이더넷 PHY

자동차

배터리 관리 시스템

셀 전압 감지

배터리 잔량 제어 MCU

의료

휴대용 심전도계

환자 신호 프론트엔드

무선 블루투스 마이크로컨트롤러

소비자

스마트 스피커

오디오 코덱 및 마이크로폰

Wi-Fi/블루투스, DSP

통신

SDR 라디오

RF 프론트엔드 및 IF 필터링

FPGA, DSP, 이더넷

혼성신호 PCB 설계가 어려운 이유는 무엇인가요?

주요 과제는 관리하는 것입니다 시그널 인테그리티 , 이유는 다음과 같습니다:

  • 디지털 회로는 빠른 전압 변화(높은 dV/dt, 높은 di/dt)를 발생시켜 공유 접지 및 전원 네트워크에 노이즈를 유도하기 때문입니다. 아날로그 회로는 마이크로볼트 수준의 낮은 잡음에도 민감하여
  • (신호 대 잡음비) 저하와 SNR aDC에서의 (총 고조파 왜곡)을 유발할 수 있습니다. THD 클록(예:
  • 에 공급되는 클록)과 데이터 라인은 여러 도메인을 가로질러 흐르므로 ADC 통합 문제가 발생할 수 있습니다. 크로스토크 리턴 경로 불연속성 , 그리고 타이밍 오류.
  • 부적절하게 구현된 접지 전략 그리고 PCB 적층 구조 는 이러한 위험을 증폭시킬 수 있으며, 특히 고밀도 다층 보드에서 더욱 심각해질 수 있습니다.

주요 혼합 신호 구성 요소 이해하기

성공적인 혼합 신호 PCB 설계는 다음을 달성합니다:

  • 격리: 배치, 그라운드 분할 또는 가드 링을 통해 아날로그 신호를 디지털 노이즈로부터 깨끗하게 유지하는 것.
  • 신뢰할 수 있는 변환: 깨끗한 전원 및 배선을 사용하여 ADC(예: 12비트 또는 16비트)와 DAC가 정확하고 저지터(jitter)인 데이터를 제공하도록 보장하는 것 클록 분배 네트워크 및 최적화된 디커플링.
  • 제어 임피던스: 마이크로스트립, 스트리플라인 또는 공면 파동 도파관 구조를 사용하여 고속 데이터 전송 경로에 대해 50Ω 싱글엔드 또는 100Ω 차동 라인을 적용.
  • 효율적인 전원 공급망(PDN): 적절한 디커플링 캐패시터와 전원 평면 설계를 통해 리플을 억제하고 안정적인 전압을 유지.
  • 차폐 및 EMI 관리: 민감한 영역의 키(Key) 부위에 비아 스티칭, 구리 퍼우(포어), 또는 패러데이 케이지를 활용.

3. 혼합 신호 PCB 개선 시 주요 신호 무결성 과제

강력한 설계 구현 멀티시그널 PCB 은 섬세한 균형 작용이다: 공유 기판 위에서 아날로그 감도와 디지털 논리의 지속적인 활동을 정교하게 조율해야 한다. 데이터 전송 속도가 높아지고 기판의 밀도가 증가함에 따라 강력한 시그널 인테그리티 (SI)를 확보하는 것은 단순히 어려운 과제를 넘어서 필수적이게 된다. 아래에서는 신뢰성 있고 고성능을 갖춘 제품을 제공하기 위해 모든 멀티시그널 PCB 설계자가 해결해야 하는 주요 신호 무결성 장애들을 논의한다.

1. 간섭 및 잡음 결합

아날로그 및 디지털 배선이 서로 가까이 배치될 때, 특히 긴 구간 동안 평행하게 배치되는 경우, 급격히 변화하는 디지털 신호는 상호 커패시턴스와 인덕턴스를 통해 민감한 아날로그 라인에 잡음을 유입하게 되며, 이러한 현상을 크로스토크 이라 한다. 고속 설계에서 이는 아날로그 측정값에 상당한 오차를 유발하거나 데이터를 손상시킬 수 있다. 부적절한 차동 쌍 라우팅 과 임피던스 불일치는 이러한 문제를 더욱 악화시킨다.

2. 그라운드 바운스 및 그라운드 루프

그라운드 바운스 고속 디지털 출력이 동시에 스위칭될 때 발생하며, 이로 인해 접지 전압이 갑작스럽게 변동하게 된다. 이러한 변동(동시 스위칭 출력, SSO)은 아날로그 및 디지털 섹션이 접지 평면의 전부 또는 일부를 공유하는 경우 특히 문제가 된다. 이는 디지털 타이밍 오류뿐 아니라 아날로그-디지털 변환기, 오퍼세션 앰프 및 민감한 센서의 기준 전압을 방해할 수 있다.

접지 루프 여러 개의 접지 귀환 경로가 존재하여 원치 않는 '안테나'를 형성할 때 발생하며, 이로 인해 윙윙거리는 소리, 발진 또는 외부 EMI 수신이 유발될 수 있다. 따라서 혼합 신호 보드에서는 접지 전략 정교한 레이아웃 및 단일점 접지 연결과 같은 조치—가 매우 중요하다.

3. 전원 분배망(PDN) 잡음

빠르게 스위칭되는 부하(디지털 IC, 클록 드라이버)로 인해 전원 레일에서 발생하는 전압 변동은 리플 및 잡음 버스트를 생성하며, 이는 아날로그 전원 라인 또는 아날로그 기준 입력에 직접 결합될 수 있다. 만약 디커플링 커패시터 부족하거나 잘못 배치되었거나 열악한 ESR 특성을 가진 경우, 전원 품질이 저하됩니다. 불안정한 PDN 은 신호 무결성(SI)을 약화시킬 뿐 아니라 ADC 해상도를 위협할 수 있습니다(지터, SNR 손실 및 기능 오류 발생).

4. 임피던스 불연속성 및 귀환 경로 방해

고속 디지털 신호는 제어 임피던스 전송선로(일반적으로 마이크로스트립 또는 스트립라인)처럼 동작하며, 설계가 부적절한 비아, 커넥터 또는 분리된 전원/그라운드 평면과 같은 불연속성은 신호 반사, 정재파 및 임피던스 불일치 를 유발합니다. 마찬가지로 아날로그 및 디지털 신호의 귀환 경로는 짧고 직접적이며 분할이나 스텁이 없어야 하며, 그렇지 않으면 반사 그리고 신호 손실 발생한다.

표: 일반적인 방해 요소와 그 영향

방해 유형

신호 유형

일반적인 영향

그라운드 평면 분할

아날로그/디지털

스큐, 전자기 간섭, 타이밍 오류

비아 스텁

고속 데이터

링잉, 과도한 지터, 반사 현상

전원 평면 절단

아날로그

허움, 전원 공급 리플

크로스토크 영역

디지털/클럭

데이터 손상, 노이즈 이동

5. EMI/EMC 문제

전자기적 간섭 (EMI) 전자기 간섭(EMI) 및 전자기 호환성(EMC)은 특히 혼합 신호 레이아웃에서 포괄적인 과제입니다. 고속 엣지 디지털 회로는 EMI '발생원' 역할을 하며, 아날로그 센서, RF 입력 및 ADC는 취약한 '피해 장치'가 됩니다. 부적절한 보호 , 불량한 평면 레이아웃, 스티칭 비아의 부족은 보드를 방송 안테나로 만들 수 있으며, 이는 규제 인증 실패의 위험을 초래합니다.

6. 신호 타이밍 및 클록 분배 문제

불규칙한 클록 분배 또는 과도한 클록 지터 는 도메인 간 타이밍 불일치(스큐)를 유발하여 예측할 수 없는 지연 시간, 메타안정성 및 데이터 스트로브 오류를 발생시킬 수 있습니다. 특히 클록 도메인 크로싱 시 이러한 문제가 두드러집니다. ADC와 DAC는 클록 노이즈와 지터에 특히 민감하며, 이는 유효 대역폭과 정확도를 저하시킵니다.

7. 부적절한 시뮬레이션 및 사전 레이아웃 분석

현대의 PCB 복잡성으로 인해 전용 전원 무결성(PI) 분석 없이 설계를 진행하는 것은 위험합니다. SI 시뮬레이션 그리고 전원 무결성(PI) 시뮬레이션 도구(HyperLynx, Ansys SIwave, Keysight ADS 등)를 사용하면 제작 이전에 길이 불일치, 리턴 경로 불연속, 잔여 용량, 열 집중 영역과 같은 미세한 문제들을 사전에 예측하고 수정할 수 있습니다.

4. 모범 사례 및 주요 고려사항

EMI 위험을 줄이는 멀티시그널 PCB 은 뛰어난 시그널 인테그리티 이는 섬세하고 종합적인 접근 방식을 필요로 합니다. 적층 순서부터 전원 분배까지 모든 결정은 실제 사용에서 기판의 최종 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 이 섹션에서는 아날로그/디지털 통합을 위한 설계 기본 원리와 고급 기술 모두를 다루는 핵심적이고 실행 가능한 모범 사례를 소개합니다.

1. 초기 단계에서 보드 분리를 계획하세요

명확한 기능별 분리는 매우 중요합니다. 각각의 기능 블록을 위한 전용 영역을 할당하세요. 아날로그 PCB 그리고 디지털 PCB 회로도 작성 및 레이아웃 플로어플래닝 단계에서 아날로그 및 디지털 회로를 분리하십시오. 물리적 거리는 도메인 간 잡음 커플링, 그라운드 바운스 및 크로스토크를 크게 줄여줍니다. 기준 원칙: 절대로 디지털 클록 신호나 고속 데이터 신호를 민감한 아날로그 부품 아래 또는 근처에 배치하지 마십시오.

주요 활동:

  • ADC, 센서 및 아날로그 증폭기는 오실레이터, FPGA, 스위칭 레귤레이터, 고주파 크리스탈 소스로부터 가능한 한 멀리 배치하십시오.
  • 주요 디지털 데이터 버스는 중요한 아날로그 신호 경로와 수직이 되도록 배향하여 커패시턴스 커플링을 최소화하십시오.

2. PCB 적층 구조 최적화

PCB 적층 구조 eMI 내성에서 임피던스 제어에 이르기까지 모든 측면에 영향을 미칩니다. 고속 신호 레이어가 단단하고 끊김 없는 접지 평면(필요 시 전원 평면) 사이에 위치하도록 적층 구조를 설계하십시오. 이렇게 하면 제어된 임피던스의 전송선을 형성할 뿐 아니라 빠른 과도 전류를 위한 반환 경로 를 짧고 직접적으로 만들 수 있습니다.

적층 예시

레이어

기능

1 (상단)

신호

고속 디지털/아날로그 신호

2

접지면

주 신호 리턴 경로(GND)

3

전원 평면

저잡음 아날로그/디지털 전원 공급(VCC)

4(하단)

신호/GND

저속 신호, 로컬 그라운드 아일랜드

3. 주요 그라운딩 전략

그라운딩은 혼합 신호 무결성의 핵심 요소이다. 일반적으로 두 가지 접근 방식이 있다.

  • 단일 접지점(스타 접지): 아날로그 및 디지털 리턴을 제어된 방식으로 연결하는 전용 접합부로, 저주파 및 중주파 설계에 특히 효과적이다.
  • 연속적인 접지 평면: 고속/고주파 설계의 경우, 필요 시 세심한 분할을 통해 단단하고 연속적인 구리 평면을 사용하면 가장 짧은 귀환 경로와 최소의 EMI 발생을 제공합니다.

혼합 신호 기판을 위한 최적의 접지 기술:

  • 그라운드 루프를 피하십시오 각 회로 기능마다 하나의 귀환 경로만 존재하도록 보장함으로써
  • 그라운드 평면을 무분별하게 분할하지 마십시오. 절대적으로 필요한 경우에만 분할하고, 항상 ADC 또는 주 변환기 아래의 단일 저임피던스 지점에서 연결하십시오.
  • 가드 링 또는 구리 투입을 사용하십시오 고임피던스 아날로그 라인 및 중요 아날로그 회로 주위에 배치하여 추가적인 차폐를 제공하십시오.

4. 임피던스 제어 및 차동 쌍 배선 사용

고속 디지털 트레이스는 인터페이스 요구사항에 맞춰(단일 종단 50Ω, 차동 100Ω이 일반적) 제어 임피던스 라인으로 라우팅되어야 하며, 이는 신호 반사와 정재파를 최소화한다. 차동 신호 방식(Ethernet, LVDS, USB, HDMI)의 경우 트레이스 간격과 길이 일치가 필수적이다.

5. 견고한 전원 분배 및 디커플링 보장

당신의 전원 분배망(PDN) 은 철저한 엔지니어링이 필요하다.

  • 아날로그 및 디지털 레일에는 별도의 레귤레이터 또는 필터링된 도메인을 사용하라. 아날로그용 저잡음 LDO(선형 레귤레이터), 디지털 부하용 스위칭 레귤레이터(SMPS)를 필요 시 필터링하여 사용한다.
  • 디커플링 캐패시터를 전략적으로 배치하라 (고/저주파 필터링을 위해 다양한 용량 포함) IC 전원 핀에 가급적 가까이 배치해야 한다. ESR이 낮은 캐패시터를 선택하고 세라믹 MLCC(0.01 μF, 0.1 μF, 1 μF 등)를 혼합 사용하라.
  • 페라이트 비드를 활용하라 또는 아날로그 및 디지털 평면/레일 사이에 작은 격리 인덕터.

예시 디커플링 테이블

레일

뚜껑 유형

값 (표준)

배치

3.3V 디지털

세라믹 MLCC

0.1 μF + 4.7 μF

IC의 각 VCC/GND 페어 근처에

5V 아날로그

세라믹 MLCC

0.1 μF + 1 μF

ADC, 오퍼레이셔널 앰프, 아날로그 멀티플렉서 근처

ADC Vref

탄탈럼/세라믹

10 μF

Vref와 아날로그 GND 사이

6. EMI/EMC 관리를 우선시하십시오

다중 레이어 접근 방식을 채택하십시오:

  • 실드 캔 사용 및 고위험 아날로그 및 RF 섹션을 위한 금속 엔클로저.
  • 스티칭을 통해 (정기적으로 배치된 그라운드 비아) 아날로그 섹션 주변 및 기판 가장자리 따라 반환 전류를 고정하여 EMI '누출'을 줄입니다.
  • 신중한 클록 라우팅 : 클록 라인은 짧게 유지하고, 아날로그 영역에서 멀리 배치하며, 인접한 그라운드 트레이스 또는 평면으로 차폐해야 합니다. 방사선을 방지하기 위해 슬롯 또는 분할된 그라운드 영역 위로 클록을 라우팅하지 마십시오.

7. 시뮬레이션 도구 및 DFM 검사를 통해 검증하세요

추측하지 말고 시뮬레이션을 사용하세요! SI 시뮬레이션 그리고 PDN 분석기 hyperLynx, Ansys SIwave, Cadence Sigrity 또는 Altium/OrCAD 내장 도구와 같은 도구를 사용하여 평가:

  • 신호 아이 다이어그램
  • 크로스토크 예측
  • 리턴 경로 무결성
  • 전원 및 그라운드 리플
  • 열적 핫스팟/관리

配图1.jpg

5. 최적화된 고효율 혼합 신호 PCB 설계를 위한 12단계

숙달하기 시그널 인테그리티 실용적이고 단계적인 과정이 설계의 핵심입니다. 혼합 신호 PCB 실제 환경의 제약 아래에서 안정적으로 작동합니다. 아래에서 12가지 검증된 단계를 살펴보고 업계의 최선 사례와 일반적인 함정, 그리고 실행 가능한 엔지니어링 지혜를 반영합니다.

단계 1: 아날로그 및 디지털 섹션을 일찍 분리

1.1 아날로그 및 디지털 영역을 식별

  • 이 스케마를 다시 보시면 구성 요소를 분류 순수 아날로그, 디지털 또는 혼합 신호 (ADC, DAC, CODEC와 같이) 로
  • 각 회로의 기능을 설명하십시오: 소음 낮은 아날로그, 디지털 논리, 고속 클럭, 등.

1.2 전략적 위치

  • 물리적으로 아날로그 및 디지털 영역 분리 pCB 레이아웃에서.
  • 아날로그 신호는 디지털 버스로부터 멀리 배선하고, 아날로그 IC 아래에 디지털 트레이스를 배치하지 않도록 주의하십시오.
  • 조립 및 문제 해결을 돕기 위해 실크스크린 또는 구리 마킹을 사용하여 경계를 표시하십시오.

2단계: 적절한 인터페이스를 가진 부품 선택

다양한 서브시스템을 통합할 때 올바른 인터페이스 프로토콜을 선택하면 성능 그리고 시그널 인테그리티 .

일반적인 인터페이스 및 최적 활용 사례

인터페이스

응용 예제

SI/EMI 참고사항

SPI

고속 센서 ADC, EEPROM

짧은 트레이스와 접지 필요

I2C

구성, 느린 센서

풀업 저항, 약 400 kbps로 제한

자동차, 산업용 네트워크

EMI에 강함, 차동 신호 사용

Pwm

모터 제어, LED 드라이버

그라운드 바운스에 민감; 고속일 경우 실드 필요

SDIO

SD 카드, 메모리 모듈

짧은 트레이스, 임피던스 제어 필요

UART/USART

펌웨어/디버그 포트

낮은 전자기 노이즈, 상대적으로 완화된 SI

USB

장치/호스트 인터페이스

엄격한 임피던스, 스텁 매칭, 길이 일치 필요

HDMI

AV 신호, 디스플레이

고속 데이터 전송, 길이 매칭 요구

단계 3: 정확한 측정을 위해 ADC 기능 향상

3.1 작업에 적합한 ADC 선택

  • 고려하다 주요 ADC 사양 : 해상도(12, 16, 24비트), SNR, THD, 최대 샘플링 속도, 입력 임피던스, 기준 전압 안정성.
  • 응용에 적합한 아키텍처를 선택하십시오: SAR, 시그마-델타 또는 파이프라인 ADC.

3.2 안정적인 클록 제공 및 잡음원 분리

  • 저지터 오실레이터를 사용하십시오. 클록 지터는 고속 ADC의 유효 비트 수(ENOB)를 저하시킵니다.
  • 클록 트레이스를 노이즈가 많은 디지털 버스로부터 물리적으로 분리하십시오.
  • ADC의 전원을 저ESR 커패시터로 디커플하십시오.

3.3 기준 전압을 깨끗하게 유지

  • 기준 커패시터(10–100uF 및 0.1uF 세라믹)를 ADC의 Vref 핀 근처에 배치하십시오.
  • 기준 라인 주변에 가드 링을 배치하면 잡음 결합을 더욱 줄일 수 있습니다.

단계 4: 효율적인 PCB 스택업 설계

신중하게 설계된 PCB 적층 구조 혼합 신호 성공의 핵심을 형성한다.

  • 고속 신호 레이어를 단단한 기준 평면 근처에 배치하세요.
  • 라우팅된 신호 아래에서 그라운드 또는 전원 평면을 분할하지 마세요.
  • 스택의 대칭성을 유지하여 휨/왜곡을 최소화하고 크로스토크 억제를 지원하세요.

예시: 6층 혼합 신호 스택업

레이어 1: 고속 신호 (디지털/아날로그)

레이어 2: 단단한 그라운드 평면

레이어 3: 저잡음 전원 평면 (아날로그/디지털)

레이어 4: 보조 그라운드 평면

레이어 5: 제어/저속 신호 라우팅

레이어 6: 추가 접지 또는 신호

단계 5: 효과적인 접지 전략 구현

  • 단일점 연결 아날로그 및 디지털 접지 사이(일반적으로 ADC에서)
  • 접지 경로에는 단단하고 넓은 코퍼 퍼우/아크 사용 — 저항과 인덕턴스를 최소화
  • 고용 가드 트레이스 및 민감한 아날로그 신호 주변의 코퍼 퍼우

단계 6: 전원 분배 및 디커플링 최적화

6.1 전용 전원 공급 장치 사용

  • 아날로그와 디지털 레일을 분리. 아날로그에는 LDO 사용, 디지털에는 스위칭/페라이트 필터링 사용
  • 가장 깨끗한 레일에서 ADC 및 기타 고정밀 부품을 공급하십시오.

6.2 노이즈 필터링을 위한 디커플링 커패시터

  • 모든 IC에 고주파(0.01–0.1 µF) 및 벌크(1–10 µF) MLCC를 조합하여 배치하십시오.
  • 커패시터에서 핀까지의 트레이스를 최대한 짧게 유지하여 루프 면적을 최소화하십시오.

뚜껑 유형

응용

Mlcc

0.01uF

고주파 디지털/ADC 전원 공급

Mlcc

0.1UF

중간 주파수, 로컬 바이패스

탄탈럼

10마이크로فار드

전원 도메인을 위한 벌크 필터링

단계 7: 아날로그 및 디지털 트레이스를 효율적으로 라우팅

  • 아날로그 및 디지털 트레이스를 서로 교차해서는 안 됩니다. —계층화된 분리 배선을 유지하십시오.
  • 고속 트레이스를 접지면의 전류 분할 지점이나 갭 위에 배치하지 마십시오.
  • 고속/차동 쌍의 트레이스 길이를 일치시키고, 정확한 폭을 위해 임피던스 계산기를 사용하십시오.

단계 8: 열 관리 전략 시행

  • 발열 부품(레귤레이터, 고전류 드라이버, 프로세서)을 확인하십시오.
  • 사용 열 전도 구멍 내부 또는 반대 레이어로 열을 전달하기 위한 전용 구리 퍼우(서멀 패드)를 사용하십시오.
  • 전력 밀도가 높은 경우 강제 공냉, 히트싱크 또는 내장형 구리도 고려하십시오.

단계 9: 혼합 신호 설계 개선을 위한 클록 분배 동기화

  • 저지연 버퍼를 사용하여 클록을 포개 나가십시오.
  • 짧고 직접적인 트레이스를 사용하여 클록을 배선하고, 접지 평면으로 차폐하십시오.
  • 분할된 접지 위에 클록 트레이스를 배치하지 마십시오—연속적인 리턴 평면을 유지하십시오.

단계 10: 노이즈 관리를 위한 실드 적용

  • 사용 패러데이 케이지 , 금속 실드 캔, 또는 특히 노이즈에 민감한 아날로그/RF 구간을 위한 단단한 구리 상자.
  • 실드된 영역 주위와 기판 가장자리 전체에 접지 비아를 조밀하게 배치하십시오.

단계 11: 멀티레이어 혼성신호 PCB 설계 시뮬레이션 수행

  • SI/PI 시뮬레이션 도구(HyperLynx, Ansys SIwave, Keysight ADS, Altium Designer SI)를 사용하여 분석:
    • 임피던스 연속성
    • 아이 다이어그램 및 지터
    • 전력 파동
    • 리턴 경로 및 크로스토크 취약성

단계 12: 양산 파일 준비 및 다운로드

  • 적층 도면, 주요 재료 사양(예: 구리 두께 , 유전율, 비아 타입)을 검토하고 확정합니다.
  • 보장 임피던스 제어 gerber 파일 내 시험점 표시가 명확한지 확인합니다.
  • 실드, 비아 스티칭, 열 비아를 위한 주석이 달린 참조 정보를 추가합니다.
  • 두 영역 모두에 대한 포괄적인 넷리스트 및 기능 테스트 접근 정보를 포함합니다.

6. 비아의 이해 및 신호 무결성에 미치는 영향

비아(Vias) —다층 PCB의 층들을 연결하는 작은 수직 연결부인 비아는 종종 신호 품질 저하의 원인으로 간과됩니다. 멀티시그널 PCB 그러나 클록 속도가 수백 MHz를 넘어가거나 GHz 범위에 도달함에 따라 비아 구조는 전송선 임피던스에서부터 크로스토크 및 그라운드 바운스에 이르기까지 다양한 요소에 점점 더 큰 영향을 미칩니다. 시그널 인테그리티 고속 또는 아날로그 성능을 견고하게 하기 위해서는 비아 특성을 이해하고 최적화하는 것이 필수적입니다.

혼합 신호 기판에서의 비아 종류 및 역할

비아는 다양한 형태로 제공되며, 각각 신호 품질에 특정한 영향을 미칩니다:

유형

설명

신호 무결성(SI) 영향

사용 위치

통공

상단 레이어에서 하단 레이어까지 연장

가장 높은 인덕턴스/커패시턴스; 곳곳에 존재하는 패러지틱 성분

저속 신호, 전원, 앵커용

블라인드

외부 레이어를 내부 레이어에만 연결

전체 비아보다 낮은 인덕턴스; 스텁 효과 감소

HDI 기판, 고밀도 아날로그 회로

매립형

내부 레이어만 연결 (표면 미포함)

국소적; 최상위 레이어의 불연속성 최소화에 도움

전원/리턴, 백플레인

마이크로비아(Microvia)

레이저 천공, 매우 짧음

가장 낮은 기생 성분; GHz 이상 동작 지원

모바일, RF, HDI, 클록

비아 인덕턴스 및 커패시턴스의 영향

일반적인 고속 PCB , 비아 인덕턴스 그리고 용량 함께 다음과 같이 알려져 있습니다 유도 성분 —고속 에지 신호를 왜곡시키는 의도하지 않은 부수적 현상입니다. 이러한 현상은 특히 제어 임피던스 (예: 50 Ω 싱글엔드, 100 Ω 차동) 환경에서 문제가 됩니다.

주요 효과:

  • 유도성 임피던스 원인:
    • 에지 느려짐, 고주파 응답 감소
    • 신호 반사, 오버슈트 및 링잉
  • 기생 커패시턴스 원인:
    • 국부적 임피던스 저하, 고속 에지에서의 왜곡
    • 비아 간 또는 인접 평면 간 크로스토크 증가

예: 10 Gbps 데이터 라인

PCB 내부의 연결되지 않은 꼬리 부분(스터브)이 1mm 길이인 비아는 수 GHz 대역에서 공진을 유발할 수 있으며, 이로 인해 10 Gbps 직렬 신호가 심하게 왜곡될 수 있습니다. 이러한 스터브를 제거하거나 단축(백드릴링 또는 블라인드 마이크로비아 사용)하면 신호 진폭, 아이 폭 및 타이밍 지터를 사양 이내로 되돌릴 수 있습니다.

비아 최적화 및 신호 무결성 전략

비아 사용량을 최적화하는 것은 고속 및 혼합 신호 PCB 설계에서 가장 효과적인 결정 중 하나입니다. 다음은 핵심 모범 사례입니다:

  • 비아 수 최소화 모든 중요한 고속 또는 민감한 아날로그 트레이스를 따라
  • 마이크로비아 사용 gHz 이상의 경로에서는 긴 스루홀 비아보다 마이크로비아 또는 짧은 블라인드 비아를 사용하세요.
  • 비아 스터브 피하기 :
    • 가능한 경우, 활성 레이어 아래의 여분의 비아 배럴을 제거하기 위해 백드릴링을 사용하세요.
    • 고립된 꼬리가 없도록 전이에 따라 "층 간"으로 제한하십시오.
  • 배치를 통해 최적화 :
    • 차동 페어에서 대칭성 유지
    • 루프 면적을 최소화하고 리턴 경로를 지원하기 위해 고속 비아를 기준 접지 비아 근처에 두십시오(비아 스티칭).
  • 접지 평면과의 근접성 : 디지털 및 혼합 신호의 경우, 항상 각 신호 비아 근처에 접지 비아를 배치하여 방사형 EMI 위험을 줄이십시오.

표: 비아 최적화 가이드라인

기술

가장 좋은

실용적인 팁

마이크로비아(Microvia)

RF/마이크로파, HDI, 클록

깊은 스택이 아닌 층 이동에 사용

백드릴링

SerDes, GHz 이상 버스

제조 노트에 명시; 비용 고려 필요

블라인드 비아

고밀도 혼합 신호

단단한 평면과 함께 사용, 길이 제한

대칭성

차동 페어

드릴 위치 정확히 일치

그라운드 비아

모든 신호 경로

각 신호 비아에서 2mm 이내에 배치

제조성 및 신호 무결성(SI)을 고려한 종횡비 검토

화면 비율 (비아 구멍의 깊이 대 지름 비율)은 제조성과 신호 품질 모두에 영향을 미칩니다. 높은 종횡비는 도금을 불안정하게 만들며(공동 또는 개방 배럴 발생 위험) 특히 HDI 설계에서 비아 임피던스를 증가시킵니다.

  • 권장되는 종횡비: 표준 스루홀의 경우 ≤10:1; 마이크로비아의 경우 훨씬 낮아야 함
  • 사용 사례: 두께 1.6mm인 PCB의 경우, 최소 0.16mm(6.3밀) 비아 드릴링으로 안전한 도금이 가능함

신호 무결성 사례 예시: 고속 직렬 전송에서 마이크로비아와 스루홀 비교

통신 장비 설계자가 12층 멀티시그널 백플레인을 설계하면서, 기존의 스루홀 비아 대신 6.25Gbps SerDes 쌍에 백드릴링된 블라인드 마이크로비아를 적용했습니다. 아이 다이어그램의 지터가 31% 감소하고, 5GHz에서 크로스토크가 절반으로 줄었으며, EMI 테스트도 첫 번째 시도에 통과하여 현대적인 비아 전략이 신호 무결성에 직접적인 이점을 제공함을 입증했습니다.

최선의 실무 요약

  • 비아 유형과 구조는 시그널 인테그리티 요구사항, 제조 가능성 및 보드 적층 구조에 따라 선택하십시오.
  • 500 Mbps 이상의 신호선이나 중요한 아날로그 신호에서 특히나 비아 결합, 공진, 반사 위험을 시뮬레이션합니다(Ansys SIwave, HyperLynx 또는 Altium의 SI 도구 사용).
  • 신뢰할 수 있는 제조를 위해 항상 PCB 제조업체로부터 받은 DFM 피드백과 SI 요구사항을 적절히 조화시켜야 합니다.

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7. 고속 및 멀티실리그널 PCB를 위한 그라운드 폴란 전략

적절히 설계된 접지면 는 모든 고성능 멀티시그널 PCB 에서 신호 무결성의 묵묵한 수호자입니다. 디지털 속도가 빨라지고 아날로그 정밀도가 향상됨에 따라 그라운드 시스템은 모든 신호에 대한 필수 리턴 경로이자 EMI 차폐 역할과 동시에 모든 아날로그 및 디지털 측정을 위한 '제로 볼트' 기준점이 됩니다. 그러나 그라운드 폴란 레이아웃에서 미묘한 오류는 가장 최신 설계라도 조용히 망가뜨릴 수 있습니다.

멀티실리그널 PCB에서 그라운드 폴란의 역할

두 가지 모두 아날로그 PCB 그리고 디지털 PCB 서브시스템에서 그라운드 폴란은 세 가지 핵심 기능을 수행합니다:

  • 신호 리턴 경로: 고속 디지털 신호와 민감한 아날로그 신호 모두에 대해 소스와 로드 사이의 저임피던스 직행 경로를 보장합니다.
  • EMI 억제: 방사되는 전자파를 흡수하고 차단하여 내부 왜곡 및 외부 간섭 수신을 모두 제한하는 지속적인 차폐를 제공합니다.
  • 기준 안정성: ADC 통합 및 정밀 아날로그 측정에 필수적인 일관된 전압 기준을 유지합니다.

그라운드 플레인 구현을 위한 모범 사례

1. 단단하고 끊김 없는 그라운드 플레인 사용

  • 신호 트레이스 아래에서 절단, 슬롯 또는 분할을 피하세요.
  • 고속 트레이스 아래의 그라운드 플레인에 슬롯이나 단절이 생기면 귀환 전류가 우회하게 되어 루프 면적이 크게 증가하고, 결과적으로 EMI와 잡음 취약성이 증가합니다.
    • 사실: 고속 및 고해상도 아날로그 회로를 해당 기준 그라운드 바로 위에 배치하여 귀환 경로를 최소화하고 유도성 잔여 성분을 줄이십시오.
  • 전체 레이어(또는 복수의 레이어)를 끊김 없이 그라운드 전용으로 할당하십시오.

2. 아날로그 및 디지털 그라운드를 철저히 분리

  • 많은 혼합 신호 PCB의 경우, 아날로그 및 디지털 접지를 물리적으로는 항상 분리하지는 않지만 논리적으로 분리하는 것이 현명합니다. 논리적으로 이들을 단일 스타 포인트에서 연결하는 것이 좋습니다. 보통 ADC 또는 DAC 바로 근처에서 연결하며, 이렇게 하면 잡음이 많은 디지털 접지 리턴 전류가 아날로그 기준 전압을 오염시키는 것을 방지할 수 있습니다. 스타 포인트 —보통 ADC나 DAC 바로 근처에서 연결하며, 이렇게 하면 잡음이 많은 디지털 접지 리턴 전류가 아날로그 기준 전압을 오염시키는 것을 방지할 수 있습니다.
  • 필요한 경우에만 물리적 분할을 사용하세요 ; 이유 없이 절대 분할하지 말고, 항상 주요 변환/인터페이스 지점에 낮은 임피던스의 '브릿지'를 제공해야 합니다.
  • 안테나 역할을 할 수 있는 아날로그 및 디지털 접지 배선의 긴 평행 경로를 피하십시오.

3. 비아를 사용하여 접지 평면을 스티치하십시오

  • 사용 스티칭을 통해 차폐된 영역 주변, 기판 가장자리 및 고속 신호 비아 근처. 밀접하게 배치된(≤2mm) 그라운드 비아는 EMI를 효과적으로 억제하고 신호 리턴 루프를 더욱 견고하게 만든다.
  • 평면을 가로지르는 차동 또는 고속 쌍선의 경우, 적절한 리턴 전류 경로를 위해 신호 비아 양쪽에 그라운드 비아를 배치해야 한다.

4. 중요 응용 분야를 위한 다중층 그라운드 평면 사용

  • 다중층 PCB(예: 4층, 6층 이상)는 낮은 임피던스의 리턴 경로와 추가적인 차폐를 위해 항상 하나 이상의 그라운드 평면을 가져야 한다. 신호층을 두 개의 그라운드 평면이 감싸는 '그라운드 샌드위치' 방식을 고려하라.
  • 예시 스택업:  
    • 레이어 2: 디지털용 단단한 그라운드
    • 레이어 4: 아날로그 그라운드(ADC 스타 포인트에서 연결)
    • 레이어 6: 챠시스 또는 실드 그라운드(엔클로저 또는 RF 응용 분야용)

실용적인 그라운드 평면 가이드라인—표

최선의 관행

왜 중요 합니까?

사용 팁

연속적인 구리 평면

EMI를 최소화하고 임피던스를 낮춤

모든 고속 및 정밀 신호 아래에 라우팅

논리적 스타-포인트 연결

아날로그 GND 내 디지털 노이즈 방지

ADC, DAC, 코덱 아래에 배치

보드 가장자리에서 비아 스티칭

방사형 EMI 및 감도 감소

≤2mm 간격 사용

트레이스 아래 슬롯/간극 없음

깨끗하고 직접적인 리턴 경로를 보장함

제작 전에 PCB 적층 구조의 절단 여부 검토

멀티 레이어 그라운드

SI, EMI, PDN에 우수함

적층 구조 내 2개 이상의 평면 사용

고립된 '아일랜드' 방지

공진 및 잡음 험 방지

구리 퍼우링과 타이백 사용

8. 전원 무결성: 깨끗한 전원 공급 네트워크 보장

강력한 설계 구현 전원 무결성 (PI)는 단순히 장치에 전압을 공급하는 것을 넘어서, 모든 민감한 아날로그 프론트엔드, 모든 고속 디지털 신호, 그리고 모든 정밀 컨버터가 실제 부하 조건에서 항상 잡음이 없고 안정적인 전원 공급을 받도록 보장하는 것입니다. 멀티신호 PCB 설계에서 전력 분배 전략은 시그널 인테그리티 접지 및 임피던스 제어만큼이나 중요합니다.

멀티신호 PCB에서 파워 인티그리티가 중요한 이유

잡음이 많거나 약한 파워 딜리버리 네트워크(PDN) 는 최고 수준의 아날로그 또는 디지털 레이아웃조차도 무력화시킬 수 있습니다. 다음을 고려해 보십시오.

  • 전원 공급 리플은 ADC 통합 직접적으로 결합되어 유효 해상도와 SNR을 저하시키고 클럭 인터페이스에서 지터를 유발할 수 있습니다.
  • 고속 디지털 스위칭으로 인한 일시적인 전압 강하("그라운드 딥")가 발생하여 그라운드 바운스 아날로그 회로에서 증폭되거나 복조될 수 있는 크로스토크를 유발합니다.
  • 부족한 디커플링 커패시터 또는 부적절하게 배치된 대용량 커패시터는 전압 레일이 진동하거나 링잉(ringing)하는 것을 허용하여 논리 상태와 센서 측정값을 손상시킬 수 있습니다.

깨끗한 전원 공급을 위한 전략

1. 아날로그 및 디지털 전원 도메인 분리

  • 가능한 경우 아날로그 및 디지털 레일을 명확히 구분하십시오. 아날로그 도메인은 저잡음 선형 레귤레이터(LDO)에서 공급하고, 고효율 스위칭 전원(SMPS)은 디지털 도메인에 사용할 수 있습니다.
  • 중요한 센서 또는 고해상도 ADC의 경우, 추가적인 아날로그 전원 필터(LC 필터 또는 페라이트 비드 + 커패시터)를 추가하십시오.
  • 민감한 회로 영역을 더욱 격리하기 위해 아날로그 및 디지털 전원 평면 또는 퍼우(pour)를 물리적으로 분리하십시오.

2. PDN 분석 및 임피던스 목표 활용

  • 귀하의 PDN을 정의하고 시뮬레이션하십시오. PDN 분석기 모든 칩이 최대 부하 상태에서도 안정적인 전압을 받을 수 있도록 도구(HyperLynx, Keysight ADS, Ansys 등)를 사용합니다.
  • 각 레일마다 임피던스 목표치(Z_target)를 설정합니다. 최신 로직 소자(1.2V, 1.8V, 3.3V 레일)의 경우 고전류 경로에서 이 값이 10–20 mΩ까지 낮아질 수 있습니다.

3. 다단계 디커플링 캐패시터 배치

  • 각 전원 핀에 가능한 한 가까이 MLCC(0.01 μF, 0.1 μF, 1 μF)를 조합하여 배치하며, 이상적으로는 핀 바로 아래 또는 가장 짧은 경로를 통해 인접 위치에 배치합니다.
  • 대용량 캐패시터(10 μF, 22 μF, 탄탈 또는 세라믹)는 IC 군집 근처나 전원 입력부 주변에 분산 배치합니다.
  • 고속 디지털 IC(FPGA, MCU, DDR)의 경우 동시 스위칭 노이즈(SSO)를 줄이기 위해 추가적인 국소 디커플링을 사용합니다.

예: 혼합 신호 PCB용 디커플링 캐패시터 표

레일

장치 예시

권장 캐패시터

비고

3.3V 디지털

MCU, 메모리

각 VCC 핀당 0.1 μF (MLCC)

그룹당 1 μF 벌크

1.8V 코어

FPGA, CPU

각 핀당 0.01 μF + 0.1 μF

레일당 10 μF

5V 아날로그

ADC, 오퍼세션 증폭기, DAC

iC 근처에 0.1 μF

각 ADC 근처에 10–22 μF

VREF

정밀 ADC

vREF 핀당 1 μF + 10 μF

ESR이 낮을수록 좋음

4. 전원 평면 임피던스 및 공진 최소화

  • 아날로그 레일의 저항을 줄이기 위해 전력용 구리 두께(≥1 oz/ft²)와 면적을 최대한 확보하십시오.
  • 평면 형태는 단순하고 단절되지 않도록 유지하십시오. 지역 임피던스를 높이는 좁은 부위나 가지 모양의 구조는 피하십시오.
  • 고잡음 영역을 가로지르지 않고, 소스(레귤레이터)에서 부하까지 짧고 넓은 트레이스를 배선하십시오.
  • 가능하면 고속 신호 트레이스가 잡음이 많거나 분할된 전원 평면 위에 겹쳐지지 않도록 하십시오.

5. 페라이트 비드, LC 필터 및 절연

  • 디지털 스위칭 잡음(MCU 코어 잡음, 클럭 회로 등)을 차단하기 위해 아날로그 레일 입력부에 페라이트 비드를 추가하십시오.
  • 초저잡음 ADC 레일 또는 센서 여기 전원용으로 LC 파이(Pi) 네트워크 필터를 사용하십시오.

사례 연구: 믹스드-시그널 보드에서 ADC 잡음 문제 해결

무선 트랜스시버가 고속 데이터 전송을 시작할 때 산업용 IoT 센서 모듈에서 아날로그 측정값이 무작위로 급증하는 현상이 발생했습니다. PDN 분석 결과, 높은 스위칭 전류가 공유되는 3.3V 레일을 통해 결합되어 ADC 기준전압에 영향을 주는 것으로 확인되었습니다. 페라이트 비드 추가, 지역별 디커플링 강화 및 아날로그 VREF와 디지털 VCC를 분리한 후, ADC의 SNR이 22dB 향상되었고 잡음 스파이크가 완전히 사라졌습니다.

9. 제조 용이성을 위한 설계 및 제조업체와의 협업

설계가 아무리 정교하고 멀티시그널 PCB 시뮬레이션이 얼마나 철저하더라도 시그널 인테그리티 회로 기판의 성공은 궁극적으로 선택한 제조업체가 이를 얼마나 잘 제작하고, 테스트하며, 조립할 수 있는지에 달려 있습니다. 제조 용이성 설계 (DFM) —그리고 PCB 제조업체와 협력하는 기술—은 모든 신호 무결성(SI) 목표가 실제 신뢰할 수 있는 하드웨어로 원활하게 구현되도록 보장합니다.

왜 혼합신호 PCB와 신호 무결성(SI) 성공을 위해 DFM이 중요한가

최신 혼합 신호 PCB는 종종 마이크로 피치 부품, HDI 적층 구조, 정밀한 임피던스 제어, 밀집된 비아 배열 및 복잡한 전원/그라운드 배치를 사용합니다. 설계가 대량 생산 시 고품질 조립을 달성하지 못하거나 제조 불가능한 특성으로 인해 반복적으로 리웍이 필요한 경우, 모든 신호 무결성 노력은 낭비됩니다.

혼합 신호 및 고속 설계를 위한 주요 DFM 고려 사항

1. 적층 구조 및 소재 가용성

  • 레이아웃 확정 전에 제조업체와 원하는 PCB 적층 구조를 확인하세요 실현 가능한 층 수, 최소 유전체 두께, 구리 두께 등에 대해 문의하십시오.
  • 제어 임피던스, 낮은 크로스트อล크, 높은 분리를 위한 SI 목표를 충족하는 제조업체가 보유한 소재(FR-4, 로저스, 저손실 라미네이트 등)를 사용하세요.
  • 고속 및 HDI 기판의 경우 변형을 최소화하기 위해 적층 대칭성을 확인하세요.

2. 비아 유형, 종횡비 및 드릴 한계

  • 귀하 프로젝트의 비아 요구사항 (스루홀, 마이크로비아, 블라인드/매장 비아)를 고려하여 설계가 제조 능력에 맞는지 확인하십시오.
  • 스루홀의 경우 종횡비를 10:1 이하로 유지하거나 HDI용으로 계단식/적층 마이크로비아를 채택하십시오.
  • 신호 무결성(SI)을 위해 절대적으로 필요하지 않은 한 '특수 공정'(예: 백드릴링 스터브)은 최소화하십시오. 이러한 공정은 비용을 증가시키고 수율을 낮출 수 있습니다.

3. 임피던스 제어 — 시뮬레이션에서 현실로

  • 모든 전송선로(50 Ω, 100 Ω 차동 등)에 대한 목표 임피던스를 명확히 하십시오. 제조 노트에서 적층 구조의 기하학적 사양을 참조하십시오.
  • 주요 네트워크가 사양을 충족하는지 확인하기 위해 테스트 쿠폰 또는 공정 중 임피던스 검사를 요청하십시오.
  • 정밀 에칭, 도금 및 유전체 제어에 대한 제조업체의 능력을 확인하십시오.

4. 구리 두께, 원형 링 및 트레이스 폭/간격

  • 트레이스 폭/간격 및 구리 두께를 IPC 가이드라인과 제조업체의 제약 조건에 따라 설정하십시오.
    • 민감한 아날로그 및 전원 트레이스의 경우, 견고한 전력 공급(Power Integrity)과 낮은 전압 강하를 위해 ≥1 oz/ft² 두께의 구리 사용을 고려하세요.
  • 도금 신뢰성을 위해 비아 주변의 원형 링(annular ring)이 제조업체에서 지정한 최소 기준을 충족하는지 확인하세요.
  • 특히 고밀도 혼합 신호 영역 및 BGA 영역에서 납 페이스트 마스크 최소 여유 치수(solder mask clearance)가 적절한지 검증하세요.

5. 테스트 및 프로브 접근성

  • 아날로그 및 디지털 노드 모두에 테스트 포인트를 포함하고, 어셈블러와 협력하여 고온 부품, 커넥터 또는 실드 캔 등에 방해받지 않고 모든 중요 네트에 프로브 장비가 도달할 수 있는지 확인하세요.
  • 회로 내 테스트(In-Circuit Testing) 및 기능 테스트(Functional Testing)를 위한 설계를 고려하세요. 이러한 테스트는 신호 무결성(SI) 문제나 조립 결함을 자주 발견할 수 있습니다.

PCB 제작 업체와 효과적으로 협업하기

  • 조기에 자주 공유하세요: 적층 구조(stack-up), 임피던스 목표치, 주요 레이아웃 및 밀도 맵을 가능한 한 빨리 제작 업체에 제공하세요.
  • 제조 가능성 검토(DFM review) 요청: 구조적으로 제작 불가능, 구리 클리어런스 제한, 열 관리 문제와 같은 잠재적 문제점("레드 플래그")에 대해 피드백을 요청하세요.
  • 부가 가치 공정에 대해 문의하세요: 일부 제조업체는 내부에서 SI 시뮬레이션, 자동 넷리스트 검증 또는 고급 테스트/검사(HDI용 X선 검사 등)를 제공합니다.
  • 시제품 피드백을 공동으로 검토하세요: 난류 결함, 예기치 못한 용량/인덕턴스, SI/EMI 핫스팟 등을 대상으로 최초 시제품을 함께 면밀히 검토하고 필요 시 반복 개선을 수행한 후 양산에 돌입하세요.

DFM 및 제조업체 협업 체크리스트

지역

핵심 DFM 질문

SI/PI 영향

적층 구조(Stack-Up)

제조업체에서 계획된 레이어/자재를 제작할 수 있습니까?

실제 임피던스, 크로스토크, 변형

임피던스 제어

중요한 트레이스가 제조 시 목표 임피던스(Z_target)에 도달할 수 있는가?

반사, 아이 클로저, 전자파 간섭(EMI)

비아/드릴

비아 크기/유형/도금을 대량 생산 시 제작할 수 있는가?

SI(스터브) 문제와 수율 손실 방지

테스트 포인트

모든 도메인이 테스트/검증이 가능한가?

SI 문제 해결 지원

구리/간격

트레이스 및 채움 영역을 신뢰성 있게 제작할 수 있는가?

단락, 개방, PDN 문제를 피하십시오

재료

지정된 모든 라미네이트 및 프리프레그가 사용 가능한가?

Dk 일관성, 적층 반복성

실제 사례: DFM을 통해 생산 수율 문제 해결

10층 멀티시그널 PCB를 사용하는 무선 IoT 허브의 경우, 첫 번째 제조 공정에서 차동 USB 라인의 임피던스 테스트에 실패했습니다. 근본 원인은 지정된 저-Dk 프리프레그가 승인되지 않은 재료로 대체되면서 트레이스 임피던스가 100 Ω에서 115 Ω로 변동하여 규격을 충족하지 못한 것이었습니다. 제조업체와 직접 협력하여 모든 소재를 검증하고, 제어 파일(Gerber 파일)에 적층 구조 문서를 추가함으로써 다음 로트에서는 SI 및 EMI/EMC 테스트 모두 통과하여 100% 수율을 달성했습니다.

10. 신뢰성을 위한 멀티시그널 PCB 테스트

철저한 테스트는 최종적인 안전장치입니다 멀티시그널 PCB 품질과 시그널 인테그리티 . 가장 정밀하게 설계된 회로판이라도 제조상의 결함, SI 문제 또는 예기치 못한 실환경에서의 취약성을 내포할 수 있습니다. 아날로그 및 디지털 서브시스템 모두를 포괄하는 종합적인 검증 전략을 채택함으로써 제품의 기능성, 규정 준수 및 장기적인 신뢰성을 보호할 수 있습니다.

왜 포괄적인 테스트가 중요한가

멀티시그널 PCB는 아날로그 감도와 고속 디지털 스위칭을 독특하게 통합하고 있어, 미세한 간섭이나 부수적 영향조차 시스템 수준의 오류를 유발할 수 있는 테스트 환경을 만듭니다. 그라운드 바운스, 전원 과도 현상 또는 클록 지터와 같은 미검출 문제는 수개월간의 설계 노력을 무산시키고 현장에서의 견고성을 저하시킬 수 있습니다.

멀티시그널 PCB를 위한 주요 테스트 유형

1. 기능 테스트

  • 목적: 아날로그 및 디지털 회로가 설계 사양에 따라 작동하는지 검증합니다.
  • 방법:  
    • 정해진 아날로그 신호를 주입하고 ADC/DAC 전달 함수의 선형성, SNR, THD를 확인합니다.
    • 디지털 버스(SPI, I2C, CAN, USB, HDMI)의 정확한 타이밍, 오류 없는 전송 및 프로토콜 준수를 확인하기 위해 로직 애널라이저와 프로토콜 테스터를 사용합니다.
    • 기판 수준의 초기화를 위해 루프백 패턴과 자체 점검 펌웨어 루틴을 활용합니다.

2. 환경 스트레스 테스트

  • 목적: 온도, 습도 및 진동의 극한 조건에서 잠재적 결함이나 SI(신호 무결성) 취약성을 발견합니다.
  • 방법:  
    • 온도 사이클링(예: –40 °C에서 +85 °C까지), 전원 공급 상태 및 비상태 모두 포함.
    • 습도 노출 테스트. 특히 아날로그 프론트/엔드 또는 환경에 노출된 고속 I/O에 매우 중요함.
    • 진동 및 충격 시뮬레이션 — 신호 끊김, 그라운드 바운스 또는 커넥터 관련 SI 문제 추적.

3. EMI/EMC 적합성 테스트

  • 목적: 보드의 방사 및 감응이 규제 기준(FCC, CISPR, 자동차, 의료 등) 내에 있는지 보장합니다.
  • 방법:  
    • 방사 방출: 에코 없는 챔버에서 보드를 스캔하여 노이즈가 많은 클록, 고속 데이터 라인 및 전원 도메인에서 발생하는 전자파 간섭(EMI)을 측정합니다.
    • 전도 방출: 노이즈가 보드의 전원 라인에 주입되고 있는지 평가합니다.
    • 내성 시험: 보드에 RF 에너지 또는 ESD 펄스를 가하여 아날로그/디지털 동작의 안정성을 확인합니다.

혼합 신호 PCB 테스트를 위한 일반 장비

테스트 유형

주요 도구

평가되는 SI/PI 파라미터

기능성

오실로스코프, 논리 분석기

아이 다이어그램, 상승/하강 시간, 타이밍, SNR

환경

열 챔버, 자극 장치

드리프트, 간헐적 SI/PI 오류

EMI/EMC

스펙트럼 분석기, 안테나

방출/유도 임펄스, 취약성

시그널 인테그리티

TDR, VNA, SI 시뮬레이션 도구

반사, 임피던스, 크로스토크

전원 무결성

PDN 분석기, 프로브 스테이션

전압 리플, 그라운드 바운스, 과도 현상

모범 테스트 작업 흐름

  • 레이아웃에서 테스트 포인트 계획 수립: 아날로그 및 디지털 테스트 접근 모두 포함 — 오실로스코프, 논리 프로브 또는 RF 측정을 위해 방해받지 않는 영역 확보
  • 양산 전 SI/PI 시뮬레이션 실행: 하드웨어 제작 전에 가상 프로토타입에서 핵심 네트워크를 검증하십시오.
  • 프로토타이핑, 디버깅 및 문서화: 신호 무결성(SI) 측면에서(아이 클로저, 지터, 잡음) 조기 빌드의 차이점을 분석하고 근본 원인 및 시정 조치 단계를 기록하십시오.
  • 철저한 적합성 테스트 수행: 등급이 부여되지 않은 제품도 배선 레이아웃, 접지 또는 실드 결함으로 인해 예상치 못한 신호 무결성(SI) 문제를 드러낼 수 있으므로 EMI/EMC 테스트의 혜택을 받을 수 있습니다.
  • 초기 배포 시 모니터링: 실제 현장 피드백은 특히 응용 분야가 변화하는 환경을 포함할 경우 지속적인 신호 무결성(SI) 검증에 매우 소중합니다.

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