PCB 임피던스와 리액턴스...

[땡초도사]

PCB(Printed Circuit Board)의 임피던스(Impedance)와 리액턴스(Reactance)는 전자 회로 설계에서 중요한 개념입니다. 각각을 간단히 설명하면 다음과 같습니다.

1. 임피던스 (Impedance)

임피던스는 교류 전기 회로에서 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 복소수입니다. 단위는 옴(Ω)이며, 저항(Resistance)과 리액턴스(Reactance)의 합으로 표현됩니다.

• 정의: 임피던스 ZZ는 저항 RR과 리액턴스 XX의 벡터 합입니다.
• 공식: Z = R + jXZ=R+jX (여기서 jj는 허수 단위)
• 저항 RR: 회로 내에서 전류의 흐름을 방해하는 순수 저항 성분.
• 리액턴스 XX: 회로 내에서 전류의 흐름을 방해하는 반응 성분으로, 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)에 의해 결정됩니다.

2. 리액턴스 (Reactance)

리액턴스는 교류 회로에서 전류와 전압 사이의 위상차를 발생시키는 성분으로, 인덕턴스와 커패시턴스에 의해 결정됩니다.

• 인덕턴스 리액턴스 X_LXL​: 인덕터가 교류 전류를 방해하는 정도. 주파수 ff와 인덕턴스 LL에 비례합니다.
  • 공식: X_L = 2\pi f LXL​=2πfL
• 커패시턴스 리액턴스 X_CXC​: 커패시터가 교류 전류를 방해하는 정도. 주파수 ff와 커패시턴스 CC에 반비례합니다.
  • 공식: X_C = \frac{1}{2\pi f C}XC​=2πfC1​

리액턴스는 교류 신호의 주파수에 따라 달라지며, 주파수가 높을수록 인덕턴스 리액턴스는 증가하고 커패시턴스 리액턴스는 감소합니다.

PCB에서의 임피던스와 리액턴스

PCB 설계 시 임피던스와 리액턴스를 고려하는 이유는 다음과 같습니다.

1. 신호 무결성 유지: 고속 신호의 경우, PCB의 트레이스가 임피던스를 일정하게 유지해야 신호 왜곡과 반사를 최소화할 수 있습니다.
2. 전력 분배: 전력 분배 네트워크(PDN) 설계에서 리액턴스를 최소화하여 전력 전달 효율을 높이고, 전압 강하와 전자기 간섭(EMI)을 줄이는 것이 중요합니다.
3. EMI/EMC: PCB의 임피던스 매칭을 통해 전자기 간섭(EMI)을 줄이고, 전자기 호환성(EMC)을 유지하는 것이 중요합니다.

임피던스와 리액턴스를 최적화하기 위해 설계자는 다음과 같은 요소들을 조절할 수 있습니다.

• 트레이스 폭과 두께
• PCB 레이어 구조
• 소재의 유전율
• 트레이스 간격 및 길이
• 인덕터 및 커패시터 사용

결론

PCB 설계에서 임피던스와 리액턴스는 신호 무결성, 전력 효율, 그리고 EMI/EMC 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 합니다. 이를 위해서는 설계 단계에서 다양한 요소를 고려하여 최적의 값을 유지하는 것이 필요합니다.