동작 주파수에 따른 PCB 설계 기법 변화

 

 

PCB는 여러가지 회로에 사용된다.

아날로그, 디지털, RF, 휴대전화, 컴퓨터, 게임기, 전화기, 네비게이션, 모뎀, TV 셋탑박스, 도어락, CCTV, 빔프로젝트, Wifi공유기, 장난감, 전동퀵보드, 카메라, 냉장고, 전기밥솥, 세탁기, 자동차, 비행기, 배, 우주선, 인공위성 등등

용도가 다양한 만큼 사용하는 주파수도 다양하다.

주파수에 따라 PCB 설계 방법은 어떻게 바뀌어야 하는 지 간단히 알아보자.

 

*본 글은 주관적인 생각이 많이 반영된 내용이니 참고용으로만 읽기를 바람.

 

0Hz

 주파수가 없다는 건 DC 성분만 있다는 것이니 

 디지털 회로에선 특별히 고려할 사항은 없다.

 단, 전압이 높을 수록 패턴과 패턴을 멀리 이격시켜야 한다.

 예를 들어, 5V 회로에서는 전원 패턴과 Ground를 0.2mm로 이격시켜도 동작하지만

 220V 회로에서도 0.2mm 간격으로 설계하면 쇼트가 일어 날 수도 있다.

 전압이 높을 수록 패턴간 거리를 멀리 해야 한다. 

 그리고 전류가 높을 수록 패턴 두께를 두껍게 해야 한다.

 

10Hz

 디지털에선 대~충 해도 뭐 잘 동작하겠죠.

 

60Hz

 60Hz를 사용한다는 건 주로 220VAC 교류 전압을 사용하는 것일 텐데,

 이 때는 전압이 높으니 패턴 사이 간격을 충분히 이격시켜야 하고,

 전류도 많이 흐르니 패턴 두께도 두껍게 해줘야 한다.

 

100Hz

 디지털에선 대~충 해도 뭐 잘 동작하겠죠.

 

1kHz

 디지털에선 대~충 해도 뭐 잘 동작하겠죠.

 단, 음성 신호 같은 아날로그 회로라면 노이즈에 신경써야 한다.

 

10kHz

 디지털에선 대~충 해도 뭐 잘 동작하겠죠.

 단, 음성 신호 같은 아날로그 회로라면 노이즈에 신경써야 한다.

 

100kHz

 디지털에선 대~충 해도 뭐 잘 동작하겠죠.

 단, 음성 신호 같은 아날로그 회로라면 노이즈에 신경써야 한다.

 

1MHz

 패턴만 잘 연결해도 무난하게 동작하리라 본다.

 

10MHz

 주파수가 많이 높아졌다.

 그래도 뭐 잘 연결만 한다면 동작은 무난하게 할 듯. 

 

100MHz

 이제 배선에 여러가지로 신경써야 한다.

 길이는 최대한 짧게 배선하고

 Adress Bus 같은 회로는 같은 길이로 배선해야 한다.

 임피던스 매칭 등도 필요하다.

 

500MHz

 Bus 회로는 반드시 길이를 같게 해야 한다.

 임피던스 매칭도 반드시 해줘야 한다.

 노이즈 간섭이 없도록 민감한 회로는 배선 간 거리를 멀리해야 한다.

 PCB 적층 구조에 신경써야 한다.

 예쁘고 깔끔하게만 배선하는 것이 끝이 아니고

 동작이 잘 되게 배선하는 것이 첫째 목표이다.

  

1GHz

 임피던스 매칭 필수.

 배선 시 PCB 층과 층을 바꾸는 일은 삼가야 한다.

 배선 주위로 다른 신호가 가까이 지나가지 않게 하기.

 

2GHz

 임피던스 매칭 필수.

 패턴 모양, 두께, PCB 구조 등 여러가지 요소에 민감하다.

 부품 크기나 특성에 따라서도 회로 동작이 많이 바뀐다.

 RF PCB 설계로 넘어갈까 말까 하는 시점이다.

 (여기에서 말하는 RF PCB는 패턴이 곧 저항, 커패시터, 인덕터가 되는 PCB를 말한다.

 

3GHz

 PCB 배선이 곧 저항, 커패시터, 인덕터가 된다.

 일반적인 디지털 PCB 설계로는 구현이 어렵고 RF PCB 설계 개념으로 넘어가야 한다.

 PCB 설계 Tool도 다르다.

 PCB 재질도 RF 용으로 바꾸어야 한다.

 

4GHz

 이 이상도 이전 주파수와 마찬가지로 RF 개념을 적용해야 한다.