스위칭 노드에 프로브를 대자마자 100MHz 근처에서 요란하게 링잉이 치솟는 파형을 보고, 스너버 부품부터 챙긴 적이 있습니다. 그 링잉은 회로가 만든 게 아니었습니다. 프로브에 달려 있던 접지선이 만든 가짜 신호였습니다. 파형 측정을 매일 하면서도 프로브 접지는 "클립만 어디든 물려놓으면 되는 것" 정도로 넘어가는 경우가 많습니다. 그런데 접지선은 측정 결과를 직접 바꿔놓는 회로 부품입니다. 원리부터 올바른 접지 방법, 안전 수칙까지 한 번에 정리했습니다. [Tektronix MDO3000 오실로스코프] 프로브는 선 하나가 아니라 두 개다, 팁과 접지 오실로스코프 프로브를 "신호를 집는 바늘"로만 생각하기 쉽지만, 프로브가 실제로 재는 값은 팁(tip)과 접지(ground) 사이의 전압 차이입니다. 팁으로 들어간 신호가 스코프 입력을 지나 접지 선을 타고 다시 측정 대상으로 돌아와야 회로가 닫히고, 그 닫힌 고리 위에서 전압이 측정됩니다. 문제는 이 돌아오는 길, 접지 선이 순수한 도체가 아니라는 점입니다. 고주파에서는 몇 센티미터짜리 도선도 인덕터처럼 행동하고, 프로브 입력에는 커패시턴스가 있으니 둘이 만나 공진 회로가 됩니다. 이 접지선 인덕턴스는 프로브 데이터시트에 적혀 있지 않습니다. 사람마다 접지하는 방식이 제각각이라 제조사가 하나의 숫자로 못 박을 수 없기 때문입니다. 구분 10X 위치 1X 위치 대역폭 DC~200MHz DC~6MHz 입력 저항 10MΩ 1MΩ 입력 커패시턴스 17pF 110pF 쓰임새 대부분의 일반 측정 저주파·미소 신호 위 표는 대표적인 200MHz 패시브 프로브인 Tektronix P2220의 데이터시트 값입니다(출처: Tektronix, P2220/P2221 Datasheet ). 1X 위치는 입력 용량이 110pF로 커지고 대역폭이 6MHz로 떨어져서 회로를 많이 건드리고 빠른 신호는 왜곡하므로, 특별한 이유가 ...

디지털 회로의 신호는 0과 1이라고 배웁니다. 그런데 8.1Gbps eDP 신호를 오실로스코프에 올려보면 0과 1은 어디에도 없고, 둥글게 눌린 파형만 화면을 가득 채우고 있습니다. 주변에서 쓰는 전자기기는 거의 전부 디지털입니다. 하지만 센서가 읽는 온도와 빛, 마이크가 듣는 소리, 케이블 위를 달리는 전자기파는 전부 아날로그입니다. 저는 MIPI와 eDP처럼 수 GHz로 달리는 디지털 규격을 다루면서, 디지털 설계의 성패가 결국 아날로그 물리 법칙으로 갈린다는 걸 계속 확인해왔습니다. 두 회로의 차이를 원리부터 현장 사례까지 한 번에 정리했습니다. 아날로그와 디지털, 정보를 담는 방식이 다르다 아날로그 회로(Analog Circuit) 는 전압이나 전류의 크기 자체가 정보인 회로입니다. 마이크가 만든 0.5mV와 0.7mV는 서로 다른 소리이고, 그 값이 조금이라도 변하면 정보가 바로 변합니다. 증폭기, 센서 프런트엔드, 전원 레귤레이터가 대표적입니다. 디지털 회로(Digital Circuit) 는 전압을 문턱값을 기준으로 두 구역, 즉 0과 1로만 해석하는 회로입니다. 1.0V든 1.2V든 문턱을 넘었다면 똑같이 1입니다. 그래서 값이 조금 흔들려도 정보가 유지됩니다. 이 차이가 설계 철학 전체를 가릅니다. 아날로그는 값 자체를 얼마나 정확하게 지키느냐가 관건이고, 디지털은 경계선을 넘지 않는 한 마음 놓고 흔들려도 된다는 약속 위에 서 있습니다. 구분 아날로그 회로 디지털 회로 정보 표현 연속적인 값(크기 자체) 이산적인 값(문턱 기준 0/1) 노이즈의 영향 값에 그대로 더해져 정보를 훼손, 단계마다 누적 마진 안에서는 무시, 마진을 넘으면 비트 오류 정밀도 지표 SNR(dB), 오프셋, 드리프트, 선형성 비트 수, 비트오류율(BER), 지터 설계의 핵심 질문 이득, 대역폭, 잡음, 선형성 타이밍(setup/hold), 전파지연, 논리 대표 소자 OP-AMP, 센서, 레귤레이...

디스플레이 인터페이스 회로도를 열어보면 DisplayPort 데이터 라인마다 어김없이 작은 콘덴서 하나가 직렬로 붙어 있습니다. 6편에서 바이패스 콘덴서를 다뤘다면, 이번 7편은 그 옆자리에서 완전히 다른 일을 하는 커플링 콘덴서입니다. DC는 막고 AC 신호만 통과시키는 이 단순해 보이는 부품이, 왜 오디오 회로부터 DisplayPort 같은 초고속 인터페이스까지 빠짐없이 들어가는지 실무 기준으로 풀어보겠습니다. [커플링 콘덴서 적용 사례(displayport interface)] 커플링 콘덴서란 커플링 콘덴서는 두 회로 단(Stage) 사이에 직렬로 들어가서, 직류(DC) 성분은 막고 교류(AC) 신호만 다음 단으로 전달하는 콘덴서입니다. "결합(Coupling)"이라는 이름처럼, 두 회로를 전기적으로 이어주면서도 각 단의 DC 동작점은 서로 간섭하지 않게 분리해주는 역할을 합니다. 6편에서 다룬 바이패스 콘덴서가 전원과 접지 사이에 병렬로 들어가는 것과 달리, 커플링 콘덴서는 신호 경로에 직렬로 들어간다는 점이 구조적으로 가장 큰 차이입니다. 핵심 요약 커플링 콘덴서는 신호 경로에 직렬로 들어가 DC는 차단하고 AC 신호만 다음 단으로 전달하는 콘덴서입니다. 커플링 콘덴서가 필요한 이유 증폭 회로에서 각 단(Stage)은 저마다 다른 DC 바이어스 전압에서 동작합니다. 만약 두 단을 직접 연결하면 앞단의 DC 전압이 뒷단의 바이어스 조건을 흐트러뜨려서 트랜지스터나 OP AMP가 원하는 동작점을 벗어나게 됩니다. 저는 신입 시절 오디오 프리앰프 실습 회로에서 커플링 콘덴서를 빼고 두 증폭단을 직접 연결했다가, 뒷단 트랜지스터가 포화 영역으로 밀려서 출력 파형이 완전히 찌그러지는 걸 본 적이 있습니다. 그때 커플링 콘덴서가 단순히 "신호를 전달하는" 부품이 아니라 "각 단의 DC 동작점을 지켜주는" 부품이라는 걸 몸으로 이해했습니다. ...

케이블 하나 바꿨다고 영상이 안 끊기게 되는 경우, 저는 처음엔 안 믿었습니다. 그런데 실제로 네트워크 애널라이저로 TDR 측정을 해보니, 시중에 파는 USB3.0 연장케이블 3종의 임피던스가 회사마다 완전히 다르게 나왔습니다. 젯슨나노 기반 카메라 보드에서 영상이 끊기던 문제를 케이블 탓으로 좁혀가던 중, S사·V사·N사 세 브랜드를 직접 사서 실측한 결과를 그대로 공유합니다. 젯슨나노 카메라에서 터진 영상 끊김 젯슨나노 보드로 카메라 영상을 받아 USB3.0으로 PC에 넘기는 구조였는데, 어떤 케이블을 쓰느냐에 따라 프레임이 뚝뚝 끊기는 증상이 달랐습니다. 처음엔 젯슨나노 쪽 드라이버 문제인 줄 알고 커널 로그만 이틀을 뒤졌습니다. 그런데 같은 코드, 같은 보드에서 케이블만 바꾸니 증상이 사라지는 걸 보고서야 방향을 바꿨습니다. USB3.0 SuperSpeed 구간은 5Gbps로 신호를 실어 나르는 차동 신호선인데, 이 구간의 임피던스가 흔들리면 반사파가 생겨서 데이터가 깨집니다. 그래서 오실로스코프 대신 네트워크 애널라이저(Keysight E5071C)의 TDR 기능으로 케이블 임피던스를 직접 재보기로 했습니다. 드라이버나 보드 설정을 아무리 손봐도 안 잡히는 끊김 증상이라면, 저는 이제 케이블 임피던스부터 의심합니다. TDR로 확인한 케이블별 임피던스 차이 [상단부터 N사, V사, S사 임피던스 측정 사진] TDR, 즉 시간영역반사파 측정은 케이블에 짧은 스텝 신호를 흘려보내고 반사되는 파형을 분석해서 구간별 임피던스를 그려주는 방식입니다. 케이블 내부에 임피던스가 튀는 구간이 있으면, 그 지점에서 반사파가 생겨 그래프에 봉우리로 나타납니다. 세 케이블을 같은 테스트 픽스처, 같은 보정 조건(82.4ps 라이즈타임)에서 측정했더니 결과가 확연히 갈렸습니다. S사 케이블은 커넥터 구간 이후 케이블 전 구간이 85옴 근처에서 거의 흔들림 없이 유지됐습니다. V사 케이블은 85~95옴 사이를 완만하게 오갔고,...

영상이 갑자기 끊기는데 원인을 못 찾겠다, 이게 가장 답답한 상황입니다. 소프트웨어 로그에는 별다른 에러가 없고 케이블을 바꿔도 증상이 그대로였습니다. 엔비디아 젯슨 나노(NVIDIA Jetson Nano) 보드에 USB3.0 카메라 모듈을 물려 영상을 받는 프로젝트를 하다가 딱 이 상황에 빠졌습니다. 결국 오실로스코프로 아이다이어그램을 찍어보고서야 원인이 보이기 시작했습니다. USB3.0 카메라 영상이 끊긴 진짜 이유 처음엔 당연히 소프트웨어 문제라고 생각했습니다. 드라이버 로그, 커널 메시지, V4L2 버퍼 설정까지 다 뒤졌는데 눈에 띄는 에러가 없었습니다. 이런 증상은 저만 겪은 게 아니었습니다. 젯슨 나노로 USB3.0 카메라를 물린 사용자들 사이에서도 영상이 랜덤하게 끊기거나 장치가 사라지는 문제가 꾸준히 보고되고 있습니다 (참고: NVIDIA Developer Forums, Random USB drop on Jetson Nano ). 소프트웨어팀은 드라이버 쪽을 의심했지만, 저는 하드웨어 설계자라 신호 쪽을 먼저 의심했습니다. 원단이 아니라 데이터를 실어 나르는 케이블과 커넥터, 그 물리 계층의 신호 자체가 문제일 수 있다고 본 거죠. 그래서 카메라 모듈과 젯슨 나노 보드 사이 USB3.0 라인에 직접 오실로스코프를 물려서 아이다이어그램부터 확인해보기로 했습니다. 핵심 요약 영상 끊김을 소프트웨어 문제로만 접근하면 원인을 못 찾을 수 있습니다. 물리 계층 신호 품질부터 아이다이어그램으로 확인하는 게 순서입니다. 아이다이어그램이란 무엇인가 아이다이어그램(Eye Diagram)이란 디지털 신호의 여러 비트 구간을 오실로스코프 화면 위에 겹쳐서 보여주는 파형을 말합니다. 잔상이 남는 모드로 수천, 수만 번의 비트 파형을 겹치면 모양이 사람 눈과 비슷하게 보인다고 해서 이런 이름이 붙었습니다. 이 눈 모양이 얼마나 크고 선명하게 열려 있느냐로 신호 품질을 직관적으로 판단할 수 있습니다. 눈이 뚜렷하게 열려 있으면 신호...

시제품 보드를 켜자마자 아이패드 화면이 지지직거리며 흔들린 적이 있습니다. 원인은 딱 하나, MIPI 라인 옆을 지나가던 전원 트레이스였습니다. 25년 넘게 회로를 설계하면서 느낀 건, PCB 노이즈는 결국 '거리'와 '경로'의 문제라는 겁니다. [PCB 노이즈 잡는 핵심 기법] MIPI, USB, DP 인터페이스가 노이즈에 약한 이유 MIPI, USB, DP(DisplayPort) 같은 고속 시리얼 인터페이스는 신호 하나가 초당 수십억 번 스위칭됩니다. 이때 중요한 개념이 특성임피던스 인데, 이는 신호가 라인을 타고 흐를 때 느끼는 저항 같은 값으로, 이 값이 라인 구간마다 어긋나면 신호 일부가 반사되어 되돌아옵니다. 이 반사가 쌓이는 물리적 특성과 고속 설계 표준에 대해서는 IPC 전자부품공업협회 공식 문서 나 업계 기술 자료를 참고하시면 깊이 있는 이해가 가능합니다. 이 반사가 쌓이면 눈에는 멀쩡해 보이는 회로도 데이터 오류를 뱉어냅니다. 제가 직접 설계하며 측정해 보면, 라인 길이·굵기·GND와의 이격거리·라인 간 간격을 스택업 계산대로 맞춰도 실제 양산 보드에서는 커넥터 전환부나 비아 구간에서 임피던스가 튀는 경우가 많았습니다. 고속 디지털 설계에서는 데이터 신뢰성을 확보하기 위해 차동쌍(Diff Pair) 을 기본적으로 사용합니다. 차동쌍은 반대 극성 신호를 동시에 보내 수신단에서 공통 모드(Common-mode) 노이즈를 상쇄하는 구조입니다. 시뮬레이션상으로는 문제없던 구간이 실측에서 크로스토크(인접 라인 간 신호 간섭)로 튀는 경우가 있는데, 결국 라인 간격을 이론값보다 20% 더 벌려서야 해결된 적도 있습니다. 📌 요약: 고속 인터페이스는 임피던스 불일치가 반사를 만들고, 반사가 쌓이면 데이터 오류로 이어집니다. 스펙대로 설계해도 커넥터·비아 구간에서 어긋나는 경우가 실제 실무에서 빈번합니다. 특성임피던스를 맞추는 라인 설계 규칙 특성임피던스를 맞추는 핵심은 결국...

50옴이냐 90옴이냐, 이 숫자 하나 때문에 밤새 PCB 레이아웃을 다시 그린 적이 한두 번이 아닙니다. 전자회로를 25년 만지면서 가장 많이 들은 질문 중 하나가 "임피던스 맞춰야 하나요?"였는데, 정작 임피던스 와 특성임피던스 가 완전히 다른 개념이라는 걸 아는 사람은 의외로 많지 않더라고요. 오늘은 이 둘의 차이부터 실제 현장에서 특성임피던스가 왜 고속 데이터 전송의 생명줄이 되는지까지 제 경험을 담아 풀어보겠습니다. 임피던스와 특성임피던스 개념 차이 회로를 처음 배울 때 **임피던스(Impedance)**는 저항, 커패시터, 인덕터가 만들어내는 교류 저항값 정도로 배웁니다. 특정 지점에서의 전압과 전류의 비율이죠. 그런데 전송선로로 넘어가면 얘기가 달라집니다. **특성임피던스(Characteristic Impedance)**란 전송선로를 따라 한 방향으로 진행하는 파동의 전압과 전류의 진폭 비율을 말합니다. 선로의 기하학적 구조와 재료로만 결정되고, 선로 길이가 균일하다면 위치에 관계없이 일정한 값을 가진다는 게 핵심입니다. 쉽게 풀면 이렇습니다. 일반 임피던스는 '이 특정 지점에서 저항이 얼마냐' 를 묻는 것이고, 특성임피던스는 '이 선로 자체가 신호를 얼마나 잘 흘려보내는 통로냐' 를 나타내는 고유값입니다. 참고로 자유공간에서 전자기파가 만나는 파동 임피던스(약 377옴)와도 이름이 헷갈리기 쉬운데, 이는 매질 고유의 값이고 특성임피던스는 도체 구조에 의해 결정되는 값이라 서로 다른 개념입니다. 제가 신입 시절 가장 헷갈렸던 부분이 바로 이 지점이었습니다. 선배들이 "임피던스 맞춰"라고 말할 때마다 도대체 뭘 맞추라는 건지 몰라서 몇 번을 다시 물어봤던 기억이 납니다. [특성임피던스 개념 다층 다이어그램] 📌 요약 : 임피던스는 회로 어느 지점의 전압-전류 비율이며, 특성임피던스는 전송선로 구조 자체가 갖는 고유한 저항값입니다. 고속 데이터 전송에서 특...