Signal Integrity - SI analysis

이전의 글 중에서 Eye diagram에 대해서 다룬 것이 있는데, 그 부분과 Equalizer에 대해서 다루게 된다.

 

https://kurodonggri.tistory.com/11

Xmodel HSlink (5)

추가적인 내용은 위의 글에 자세히 설명되어있다.

 

S parameter 에 대해서 의미를 중심으로 수업을 진행했다. 

Sab로 표시를 하고 이는 b가 들어간 것, a가 나온 것으로 '들어간 것' 분에 '나온 것'으로 나타내게 된다.

즉 S11으로 보면 two port signal 에서 같은 방향으로 나오고 들어가는 것이므로 반사에 대한 parameter가 되는 것이다.

S21의 경우는 1로 들어가서 2로 나오게 되니까, 투과하는 것에 대한 parameter가 되는 것이다.

이런식으로 분석을 하고, 사실상 S11과 S21이 가장 중요한 요소이다.

 

마찬가지로 4-port도 동일하게 S parameter를 따져볼 수 있다. 하지만 이럴 경우에 모든 경우의 수에 대해서 직접 계산을 하려면 까다롭다는 것이다. 

4-port의 경우는 Crosstalk 까지 따질 수 있고, FEXT와 NEXT까지 고려가능하다.

 

안테나에서 가장 고려하는 것이 바로 S11인, reflection coefficient 이다. 

dipole antenna에서 반사되는 계수가 가장 중요한 parameter이다.

마찬가지로 신호 선도 return path가 있으니, 이를 토대로 바라보게 된다.

S-parameter 그래프를 보면 중간에 움푹 패인 것을 볼 수 있는데, 이게 바로 gain이 적은 부분으로 해당 부분의 주파수가 반사계수가 거의 없는 것을 볼 수 있는 것이다. 

즉 S11의 값이 해당 주파수 부분에만 작게 나오는 것이다.

 

2-port network에서 보면, S11과 S21을 보는데,

S21의 경우는 대체로 Low Pass Filter (LPF) 나 Band Pass Filter (BPF) 와 같은 filter처럼 나타난다. 

S11의 경우는 해당 주파수 부분에 reflection이 작게 나오게 만들 수 있다. 

이런식으로 컨트롤하는 것이다.

 

이는 passive filter로 최대 0db를 넘길 수 없지만, 증폭기와 같은 active filter로는 gain을 뻥튀기 시켜서 조정할 수 있다.

 

뭐 어찌됐든 loss의 측면에서 보면 0dB에서가 가장 Transmission이 좋은 signal이다.

예를 들어 30cm cooper micro stripline에 대한 loss를 보면 3Ghz에서 -6db를 볼 수 있다. 이는 1/4로 신호가 감소하였다는 것인데, 실로 심각한 것이다. 

그래서 보통 -3db 이하면 신호를 버린 것으로 판단한다.

 

직각파에 대해서 얘기를 해보면 모든 harmonic을 합치면 만들 수 있다고 한다. FFT에 의한 것으로 Fourier Transform에 대한 이야기이다.

그래서 digital 신호는 Hz의 범위가 매우 넓다. loss에 대응하기에 어렵고, 특정 주파수에 대한 증폭이 도움이 되지 않는다.

특히  0101의 데이터가 무작위할 때는 더욱 Hz의 범위가 random하게 존재하기에 특정 주파수에 대한 컨트롤이 도움이 되지 않는 것이다.

 

이어서 Channel loss를 보면 FR-4랑 비교한 것을 볼 수 있는데, loss가 유전율에 따른 차이가 있는 것을 알 수 있다.

TDR과 같은 측정장치로 측정이 가능하다.

그래서 우리는 Equalizer로 loss에 대한 매칭을 하게 된다. 즉 감쇠하는 신호를 거꾸로 주파수가 커짐에 따라서 증가하게 만드는 것을 filter로 사용해서 거치는 것이다. 

그러면 고주파 성분도 동일하게 평탄하게 될 것으로, harmonic에 대한 복구가 가능한 것이다.

 

사실 고주파를 키우는 것으로 보이지만, 저주파 부분을 낮춰서 평탄하게 만드는 것이다.

아무튼 Equalizer를 사용하는데, 이는 현장에서 Cost의 문제로 사용하길 꺼려한다.

 EQ는 위와 같이 신호를 거치면서 pre EQ하기도 하고 DFE로 처리하기도 한다.

active filter가 아닌 것으로 실상으로는 감소를 시켜서 들어가는 것이다.

그래서 파장을 보면 AC부분은 (상승측) 그대로인데, DC 부분이 변한 것을 알 수 있다.

 

마찬가지로 Eye diagram을 보면 DC만 깎긴 것을 확인할 수 있는 것이다.

즉 EQ는 DC측을 깎아서 진행하는 것이다.

이런 Equalizer filter를 더 좋게 만드는 것을 연구하는 분야도 있다고 한다.

IEEE TEMC 2010에 나온 신기한 회로도 있다.

cf. 모든 자료의 출처는 '경북대학교 송대건 교수님' 이십니다.