PCB 디자인 힌트: (3)

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■ 스큐를 최소로 억제하는 두가지 방법

원저: Howard Johnson
편집: 국제테크노정보연구소 기술정보실
 

앞 페이지에서 언급한「배선 레이아웃에 의한 스큐에서는 에지 결합형의 차동페어 배선에 있어서 각종 코너의 벤드(절곡) 형상을 검토했다. 거기서 지적한 것은 코너에 모따기부가 있든 없든간에, 내주보다 외주가 길어지는 것이다. 그 차는 90도로 꺾는 코너의 경우, 차동페어의 배선피치에 1.5~2(코너 형상에 의해 정해진다)를 곱한 값이 된다. 이 차에 의해 발생하는 전달시간의 지연을 스큐라고 부른다.
여기서 소개하는 것은, 전체의 스큐를 최소한으로 억제하는 2가지 방법이다.

첫째 방법은, 그림 1의 점선내에 나타낸 6개의 BGA 봉지 LSI를 이용하여 설명한다. 차동페어 배선 A는 아래 쪽의 BGA로부터 상향으로 배선이 신장되고 있다. 도중의 경로에는 우절곡이 한번, 좌절곡이 한번 있다. 따라서, 이 배선의 스큐는 2개의 코너에서 발생하지만, 상쇄되어 제로가 된다.
일반적인 레이아웃의 경우, 코너의 수와 그 굴곡 방향은 드라이버와 리시버의 상대적인 위치 관계에 의존한다. 차동페어 배선 A와 같이, 시점과 종점에 있어서 배선의 진행 방향이 같으면 소용돌이 형태로 하지 않는 이상 도중 경로의 레이아웃에 의하지 않고 우절곡수와 좌절곡수는 동일하게 된다. 이와 같이 LSI를 레이아웃 할 수 있으면 스큐를 0으로 할 수 있다.


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그림 1] 레이아웃이 스큐에 영향을 준다
시점과 종점에 있어서 배선의 진행 방향이 스큐의 크기에 영향을 준다. A와 같이 BGA를 배치하면 스큐를 0으로 할 수 있다. 그러나 B에서는 우절곡보다 좌절곡이 1회많기 때문에, 스큐가 발생한다. C는 좌절곡이 2회 많다. 스큐는 한층 더 커진다. D는 BGA의 볼 중심과 배선 페어의 중심을 옮기면 벤드가 필요하게 된다는 것을 나타내고 있다.

차동페어 배선 B에서는 아래 쪽의 BGA로부터 오른쪽 방향으로 배선이 신장되고 있다. 위쪽의 BGA(리시버)에 입력할 수 있도록 배선방향을 상향으로 바꾸려면 우절곡과 좌절곡을 한 다음에, 다시 좌절곡이 하나 필요하다. 이 배선 전체의 스큐는 하나의 좌절곡에 의한 차와 같아진다.
차동페어 배선 C는 스큐에 따라서는 최악의 조건으로 된다. 우향 출발하여 좌향으로 끝난다. 좌절곡만 2회 필요하다. 이러한 코너의 수에 관한 문제를 간단하게 해결하려면 스큐가 0이 되도록 LSI의 배치(방향)에 주위하지 않으면 안된다.
벤드를 스큐 조정에 활용한다

둘째 방법은, BGA에 출입하는 차동페어의 가느다란 레이아웃에 관한 것이다. 이 방법은 BGA 뿐만이 아니라, 커넥터나 비아홀의 배선 레이아웃에도 응용할 수 있다. 특히 유효한 것은 BGA의 볼 간격이 차동페어의 배선피치보다 클 경우이다.
그림 1에서 D로 나타낸 BGA에 출입하는 차동페어 배선은 볼에 대해서 오프셋하여 레이아웃 되고 있다. 예를 들면, 맨 위의 차동페어 배선의 중심은 2개의 볼 중심에서 핑크색의 배선에 오프셋하고 있다. 따라서 청색의 배선은 벤드에 의해 선로길이가 약간 길어진다. 마찬가지로, 맨 아래의 차동페어 배선은 청색의 배선쪽에 오프셋하고 있으므로 핑크색의 배선이 약간 길어진다. 이 벤드를 활용하면 최종적으로 배선길이를 조절할 수 있다. 결코, 완벽한 방법이라고는 할 수 없다. 그러나 스큐를 0으로 한다고 하는 목적에는 적합하다.
벤드를 활용한 스큐의 조정은 드라이버와 리시버 중에서, 종단상태가 나쁜 단자의 근처에서 실시해야 한다. 그러면, 스큐 조정의 불완전성에 의한 악영향을 종단상태가 좋은 쪽의 단자에 주는 것을 피할 수 있기 때문이다. 배선의 양단에서 양호한 종단이 실현되고 있다면 양측에서 스큐 조정을 실시하면 된다.

 

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