FIELD MANUAL · 2026 · v1.1

SI/PI 해석,
눌러보며 배우기

HFSS, SIwave, TDR, S-parameter, IR Drop, PDN을 처음 듣는 사람도 이해하도록 개념부터 숫자 읽는 법까지 설명합니다. 카메라 PCB를 실물로 측정해 해석과 비교하고 불량을 분석하는 방법까지 다루고, 마지막에는 실제 프로그램 화면을 클릭하며 ODB++를 불러와 해석하는 시뮬레이터로 마무리합니다.

Ansys SIwaveAnsys HFSSODB++S-parameterTDRIR DropPDNFA
개념부터 시작 →바로 실습 시뮬레이터 ▶
PART 00

시작하기

무엇을 배우는지, 그리고 지금 회사에서 쓰는 툴이 무엇인지부터.

00

지금 내가 쓰는 해석 툴은 무엇인가

결론부터: 사내 해석 매뉴얼 기준으로 Ansys SIwave와 HFSS입니다. 둘 다 Ansys Electronics Desktop(AEDT)에 함께 들어 있습니다.

CONCLUSION공유된 사내 해석 매뉴얼과 보고서를 보면 흐름은 PADS(설계) → ODB++ v8 파일로 변환 → Ansys SIwave(2.5D 해석, PDN·IR Drop) → Ansys HFSS(Full 3D 해석, MIPI S-parameter·TDR)입니다. 보고서 표지에 적힌 “SIwave 2020R1, HFSS 2021R2, Circuit”이 사용 툴이고, TDR 그래프는 HFSS 결과를 AEDT의 Circuit에서 시간 영역으로 바꿔 그린 것입니다.
🟧
SIwave

PCB 전체를 층 구조로 빠르게 해석. 전원망(PDN) 임피던스, DC IR Drop, 간이 S-parameter·Crosstalk.

🟦
HFSS

구조를 3D로 정밀 해석. 메쉬 GND, 리지드-플렉스 경계, 커넥터처럼 층 구조로 단순화할 수 없는 곳.

🟩
Circuit (AEDT)

추출된 S-parameter를 회로에 연결해 TDR·Eye Diagram 같은 시간 영역 결과를 계산.

이 문서의 구성

파트내용다 읽으면
PART 1 툴과 데이터툴 지도, 해석 공간·경계·메쉬·포트, ODB++, 스택업·물성해석에 무엇을 넣어야 하는지 앎
PART 2 신호(SI)리턴 경로·상승 시간, 임피던스, Microstrip/Stripline, 차동·공통 모드, S-parameter, TDR, Crosstalk, MIPI보고서 그래프와 숫자를 해석
PART 3 전원(PI)DC IR Drop, PDN 목표 임피던스전원 해석 결과 합격/불합격 판정
PART 4 실측·상관·FA측정 장비, 해석–실측 비교, 불량 분석, 의뢰서 작성, 자주 묻는 질문시뮬과 실물을 맞추고 원인을 찾음
PART 5 실습PADS → SIwave → HFSS 화면 클릭 실습툴 메뉴 위치와 순서를 손에 익힘
HOW TO READ영문 약어는 각 장에서 처음 나올 때 괄호로 풀어 쓰고, 이후에는 점선 밑줄에 마우스를 올리거나 탭하면 뜻이 보입니다. 파란 테두리의 LAB 상자는 값을 바꿔 보는 계산기입니다.
NOTE이 문서의 예시 수치는 사내 보고서의 수준을 참고해 만든 교육용 가상 값입니다. 사내 프로젝트명, 모델명, 고객사명, 실제 보고서 수치는 넣지 않았습니다.
01

큰 그림 — 설계, 해석, 측정, 분석의 순환

해석은 한 번 돌리고 끝나는 일이 아닙니다. 실물로 확인해 모델을 고치는 고리를 도는 일입니다.

① 설계PADS 회로·Layout ② 해석SIwave · HFSS ③ 제작PCB 업체 · 조립 ④ 측정TDR · VNA · 단면 ⑤ 비교·FA상관 · 원인 분석 ⑥ 모델 보정 → 다음 설계에 반영 (물성·두께·구조 라이브러리 업데이트) 이 고리를 한 바퀴 돌 때마다 “해석 = 실물”에 가까워집니다
FIG 01SI/PI 엔지니어가 실제로 하는 일의 순환. 이 문서도 이 순서를 따라갑니다.
YOUR POSITION지금까지는 ①(설계)과 ③(제작)을 맡고, ②(해석)는 외부팀에 의뢰해 보고서를 받아 왔습니다. 이 문서의 목표는 ②를 직접 이해하고, ④~⑥을 스스로 설계할 수 있게 되는 것입니다.
PART 01

툴과 데이터

어떤 툴이 무엇을 하는지, 그리고 그 툴에 무엇을 넣어야 하는지.

02

툴 지도 — 2.5D와 3D, 그리고 회사별 툴

해석 툴은 “어떻게 계산하느냐”에 따라 나뉩니다. 이 구분만 알면 어떤 회사의 툴을 봐도 위치를 알 수 있습니다.

2.5D와 3D의 차이

2.5D (SIwave) 층은 “평평한 판”이라고 가정 → 판 사이 전계만 계산 빠름 (수 분) · PCB 전체 · 전원망에 강함 약점: 메쉬 GND, 층 두께가 바뀌는 곳 Full 3D (HFSS) 공간 전체를 작은 사면체로 쪼개 맥스웰 방정식 계산 정확 · 느림 (수십 분~수 시간) · 일부 영역만 강점: 메쉬 GND, 플렉스 경계, 비아·커넥터
FIG 02-1카메라 FPCB는 메쉬 GND와 리지드-플렉스 경계가 있어서 MIPI 라인은 HFSS로 해석합니다. 사내 매뉴얼에도 “2.5D 해석은 메쉬 GND와 유전체 변화를 해석할 수 없다”고 적혀 있습니다.

회사별 툴 대응표

역할Ansys (지금 쓰는 것)CadenceSiemensKeysight / Synopsys
PCB 설계—Allegro, OrCADPADS, Xpedition—
2.5D PCB·PDN 해석SIwaveSigrity PowerSI / PowerDCHyperLynx PI—
Full 3D 전자기 해석HFSSClarity 3DHyperLynx Full-WaveEMPro
회로·채널 해석 (TDR, Eye)Circuit (AEDT)SystemSI, Topology ExplorerHyperLynx SIADS, HSPICE
RLC 기생 추출Q3D ExtractorSigrity XtractIM——
KEY POINT툴 이름은 달라도 입력(스택업, 물성, 포트)과 출력(S-parameter, Z-parameter, TDR)은 모두 같습니다. 개념을 익히면 툴을 바꾸는 데는 몇 주면 충분합니다.
02A

전자기 해석은 실제로 무엇을 계산하나 — 해석 공간·경계·메쉬·포트

HFSS 실습에서 “공기 상자(Region)를 만들고 경계를 준다”는 단계가 왜 필요한지, 처음부터 설명합니다.

출발점: 신호는 구리 “안”이 아니라 구리 “주변 공간”으로 간다

회로도에서는 신호가 선을 따라 흐르는 것처럼 그리지만, 고속 신호의 에너지는 실제로 신호선과 GND 사이 공간(절연층, 솔더 마스크, 그 위의 공기)에 생기는 전기장·자기장으로 전달됩니다. 구리는 그 장(field)이 지나갈 길을 잡아 주는 레일 역할입니다.

단면도 — 신호선 주변의 전기장(주황)과 자기장(하늘색) 절연층 (Prepreg) GND 면 신호선 공기 쪽으로도 장이 퍼짐 해석 툴은 “구리”가 아니라 이 장이 존재하는 공간 전체를 계산해야 합니다
FIG 02A-1표층 선로는 장의 일부가 공기 중으로 나옵니다. 그래서 공기도 해석 대상에 포함돼야 합니다.

해석 공간(Region, Air box)을 만드는 이유

①
컴퓨터는 무한한 공간을 못 푼다

HFSS(FEM)는 공간을 작은 사면체로 잘게 쪼개서 계산합니다. 우주 끝까지 쪼갤 수는 없으니, 모델 주변을 적당한 크기의 상자로 잘라내야 합니다. 이 상자가 Region(공기 상자)입니다.

②
공기도 신호 경로의 일부다

표층 선로·커넥터·패드 주변의 장은 공기로 퍼집니다. 공기를 빼면 장이 갈 곳이 없어져 임피던스·손실·누화가 틀어집니다.

③
상자 “벽”에서 무슨 일이 일어날지 정해야 한다

장이 상자 벽에 닿으면 반사할지, 흡수될지를 정해야 계산이 됩니다. 이것이 경계 조건(Boundary)입니다.

④
실제 환경을 흉내 낸다

실제 폰 안의 카메라 PCB는 열린 공간(또는 금속 케이스) 속에 있습니다. 경계 조건으로 “열린 공간처럼” 또는 “금속 차폐처럼” 흉내 냅니다.

IF YOU SKIP ITRegion 없이 해석하면 HFSS는 모델의 바깥 면 자체를 금속 벽(PEC)으로 취급합니다. 기판 가장자리에 보이지 않는 금속판을 붙인 셈이라, 장이 벽에 닿아 되튀면서 가짜 공진, 과장된 누화, 틀린 임피던스가 나옵니다. 사내 매뉴얼에서 SIwave가 자동 생성한 air_box를 지우고 Region + Radiation으로 다시 만드는 이유입니다.

경계 조건 종류

경계벽에서 일어나는 일비유언제 쓰나
PEC (기본값)장이 100% 반사금속 상자 속실제 금속 차폐 캔·케이스 안을 볼 때
Radiation밖으로 나가는 파동을 흡수 (근사)무반사 챔버의 흡수체일반 SI 해석, 열린 공간 가정 — 사내 매뉴얼 방식
PML두꺼운 흡수층으로 거의 완전 흡수더 좋은 흡수체방사·EMI·안테나처럼 방사가 중요한 해석
PMC / 대칭자기장 기준 대칭면거울좌우 대칭 구조를 절반만 풀어 시간 단축
해석 공간 실험 — 경계와 상자 크기에 따라 무엇이 달라지나LAB A
벽 반사 세기 (교육용)—
해석 셀 수 (상대)—
판정—

가운데 녹색이 PCB, 동심원은 선로에서 새어 나간 장입니다. PEC에서는 벽에서 되튄 파동(빨간 점선)이 PCB로 돌아옵니다. 상자를 키우면 반사는 줄지만 계산량이 늘어납니다. 수치는 경향을 보여주기 위한 단순 모델입니다.

상자 크기는 어떻게 정하나

  • 너무 작으면: 벽이 선로에 가까워 장이 벽에 닿습니다. Radiation 경계도 비스듬히 들어오는 파동은 완전히 흡수하지 못해 일부가 되돌아옵니다.
  • 너무 크면: 공기 영역 메쉬가 늘어 시간과 메모리가 늘어납니다.
  • 흔히 쓰는 가이드: 방사를 정확히 봐야 하는 해석(EMI, 안테나)은 관심 최저 주파수 파장의 1/4 이상 떨어뜨리라는 기준이 알려져 있습니다. GND가 바로 아래 있는 PCB 선로처럼 장이 대부분 기판 안에 갇히는 SI 해석은 그보다 작은 여유로도 결과가 거의 변하지 않는 경우가 많아, 사내 매뉴얼처럼 고정 여유(예: 10mm)를 씁니다.
  • 확인법: 여유를 한 번 키워서 다시 풀어 보고 결과가 거의 같으면 충분한 크기입니다.

메쉬와 적응형 수렴(Adaptive Pass)

Pass 1 · 거친 메쉬 Pass 4 · 선로 주변만 촘촘 Pass 9 · ΔS < 0.02 → 수렴 HFSS가 오차가 큰 곳(보통 신호선·GND 가장자리)만 골라 사면체를 더 잘게 쪼개고, 직전 결과와 S-parameter가 거의 같아지면 멈춥니다
FIG 02A-2Delta S는 “메쉬를 더 쪼갰는데 결과가 얼마나 변했나”입니다. 거의 안 변하면 그 메쉬로 충분하다는 뜻입니다.
설정쉬운 뜻잘못하면
Solution Frequency메쉬를 다듬을 때 기준으로 삼는 주파수. 높을수록 파장이 짧아 더 촘촘해짐너무 낮으면 고주파 결과가 부정확
Max Delta S수렴 판정 기준 (보통 0.02)너무 크면 덜 다듬어진 결과
Maximum Passes다듬기 최대 횟수도달해서 멈췄다면 수렴 실패 — 결과 신뢰 불가
Frequency Sweep다듬어진 메쉬로 그래프를 그릴 주파수 범위Solution Frequency와 다른 개념. 혼동 주의

포트 — 신호를 넣고 받는 입구

Lumped Port (사내 매뉴얼 방식)

신호선 끝과 기준 GND 사이에 작은 사각 시트를 그려 지정. 모델 안쪽 어디든 둘 수 있어 PCB 해석에 편합니다. 시트가 신호선과 GND에 정확히 닿아야 하고, 틀어지면 포트가 만들어지지 않거나 결과가 틀립니다.

Wave Port

해석 공간의 바깥 면에 붙이는 포트. 선로 단면의 장 모양을 먼저 계산해 정확하게 연결합니다. 커넥터·케이블처럼 바깥에서 들어오는 구조에 적합하지만 Region 벽에 닿아 있어야 합니다.

YOUR CASESIwave에는 이 단계가 없습니다. SIwave는 “층은 평평한 판”이라고 가정하고 판 사이 장만 계산하는 2.5D 방식이라, 상자와 경계를 따로 만들 필요가 없습니다. 그만큼 빠르지만 공기 중으로 퍼지는 장이나 메쉬 GND 같은 3D 효과는 근사합니다. 그래서 MIPI 라인은 HFSS로 넘겨 3D로 풉니다.
03

ODB++와 데이터의 흐름

PADS 파일을 해석 툴이 그대로 읽지는 못합니다. 중간 다리가 ODB++입니다.

PCB 데이터 포맷 비교

포맷담는 정보해석에 쓰기
.pcb (PADS 원본)모든 설계 정보해석 툴이 직접 못 읽음
Gerber층별 그림(도형)만넷(연결) 정보 없음 → 부적합
ODB++ (.tgz)층, 도형, 넷, 부품, 드릴, 스택업까지 한 묶음SIwave와 호환이 좋음 · 사내 권장 v8
IPC-2581ODB++와 비슷한 공개 표준가능 (툴 버전에 따라)

PADS에서 내보내기 전에 꼭 할 일

  1. Pour Manager 실행 (Tools → Pour Manager → Start): GND 같은 동박 면(Pour)을 다시 채웁니다. 안 하면 GND가 빈 채로 넘어가 해석 결과가 크게 틀어집니다.
  2. File → Export → ODB++(*.tgz): Format은 ODB++ V8, Prefer Closed Shapes 체크, Non-shape Pins는 Prefer Drill.
  3. 생성된 .tgz 파일을 SIwave의 Import ODB++로 불러옵니다.
COMMON MISTAKE메쉬 GND가 있는 PCB는 ODB++로 넘겨야 메쉬 모양이 유지됩니다. 다른 경로로 넘기면 메쉬가 꽉 찬 판(Plane)으로 바뀌어 임피던스가 실제보다 낮게 나옵니다.

전체 해석 흐름

STEP 1 · PADS
Pour 갱신 → ODB++ v8 내보내기

설계 데이터를 해석 툴이 읽을 수 있는 묶음으로.

STEP 2 · SIwave
Import → 스택업·물성 입력 → Sanitize → Validation Check

2D 그림을 실제 두께와 재료를 가진 기판으로 만드는 전처리.

STEP 3a · SIwave
PI 해석: Pin Group → Port → Compute SYZ / DC IR

전원망 임피던스와 전압 강하는 SIwave에서 끝냅니다.

STEP 3b · HFSS
SI 해석: Export to HFSS 3D → 모델 정리 → Port → Mesh → Boundary → Setup → Analyze

MIPI 라인 S-parameter는 HFSS에서 3D로.

STEP 4 · 결과
S-parameter 그래프, TDR, Z-parameter, IR 맵 → 판정 → .snp 내보내기

보고서 작성과 다음 단계(회로 해석, 실측 비교)로.

04

스택업과 물성 — 해석 정확도의 절반

툴이 아무리 좋아도 두께와 유전율을 틀리게 넣으면 결과도 틀립니다.

꼭 알아야 할 물성 4가지

Dk (유전율, εr)

절연재가 전기장을 얼마나 붙잡는지. 클수록 임피던스는 낮아지고 신호는 느려집니다. FR-4 약 4.2~4.7, 폴리이미드(FCCL) 약 3.2~3.5.

Df (손실 탄젠트)

절연재가 신호 에너지를 열로 바꾸는 정도. 클수록 고주파 손실(Insertion Loss)이 커집니다. 일반 FR-4 약 0.01~0.02, FCCL 약 0.002~0.005.

두께

신호선과 참조 GND 사이 거리(H). 임피던스에 가장 크게 영향을 줍니다. 공칭값과 실제 완성 두께(Finished)가 다를 수 있습니다.

동박 두께·도전율

기본 동박 + 도금. 직류 저항(IR Drop)과 임피던스에 영향을 줍니다. 구리 도전율은 약 5.8×10⁷ S/m.

예시 스택업 (리지드 4층 + 플렉스 2층, 교육용)

층재료두께 (μm)Dk / Df (@1GHz)
Top maskSolder Resist203.7 / 0.022
L1Copper (base + plating)35—
Prepreg604.2 / 0.012
L2Copper — GND25—
FCCL (폴리이미드)253.4 / 0.002
L3Copper — 신호25—
Prepreg604.2 / 0.012
L4Copper35—
Bottom maskSolder Resist203.7 / 0.022

해석 툴에서 헷갈리는 용어

  • Dielectric Fill: 동박 층에서 구리가 없는 빈 자리를 채우는 재료. 보통 바로 위나 아래 Prepreg로 지정합니다.
  • Clone Material: 툴 라이브러리에 없는 재료를 기존 재료(FR4_epoxy)를 복사해 Dk·Df만 바꿔 만드는 기능입니다.
  • 리지드-플렉스: 리지드 영역과 플렉스 영역의 층 구성이 다릅니다. SIwave는 하나의 스택업만 다루므로, 플렉스 부분의 절연층은 HFSS에서 잘라 다시 만듭니다(사내 매뉴얼의 Split → Thicken Sheet 단계).
  • 커버레이(Coverlay): 플렉스 표면을 덮는 폴리이미드 + 접착제 층. 솔더 레지스트 대신 들어갑니다.
YOUR EDGEPCB 제작을 직접 맡아 봤다면 업체의 스택업 시트와 단면 분석(Cross-section) 결과를 받아 봤을 겁니다. 그 실측 두께를 해석에 넣는 습관 하나로 정합성이 크게 좋아집니다(13장).
PART 02

신호 무결성 (SI)

보고서에 나오는 그래프 하나하나를 숫자로 읽을 수 있게.

04A

신호의 기초 — 리턴 경로, 상승 시간, Gbps와 GHz

임피던스와 S-parameter를 보기 전에 꼭 필요한 세 가지 감각입니다.

① 전류는 반드시 돌아온다 — 리턴 경로

신호선으로 나간 전류는 반드시 GND로 돌아옵니다. 저주파에서는 저항이 가장 작은 길(가장 짧은 길)로 돌아오지만, 고속 신호의 리턴 전류는 신호선 바로 아래 GND 면을 따라 돌아옵니다(루프 면적이 가장 작은 길). 그래서 신호선 아래 GND가 끊기거나 구멍이 나면 리턴 전류가 돌아가야 하고, 그만큼 임피던스가 튀고 노이즈와 EMI가 생깁니다.

좋은 예 — GND가 연속 신호 전류 → ← 리턴 전류 (바로 아래 GND) 루프 면적 최소 → 임피던스 일정, 노이즈·EMI 작음 나쁜 예 — GND에 슬롯(끊김) 리턴 전류가 우회 루프 면적 증가 → 임피던스 튐, 옆 선 누화, 방사
FIG 04A-1위에서 본 그림. 신호선 아래 GND가 끊기면 리턴 전류가 돌아가야 합니다. 층을 바꾸는 비아 옆에 GND 비아를 두는 것도 리턴 전류가 따라 넘어갈 길을 만들어 주기 위해서입니다.
YOUR CASEFPCB의 메쉬 GND가 바로 이 문제입니다. 구멍 사이로 리턴 전류가 지그재그로 흐르고 참조면이 줄어 임피던스가 올라갑니다. 그래서 메쉬 구간은 선폭을 조금 넓혀 보상하거나, 메쉬 대신 꽉 찬 GND를 쓸 수 있는지 기구팀과 협의합니다.

② 짧은 선도 “전송선로”가 되는 순간

선 길이가 신호의 상승 시간 동안 이동하는 거리에 비해 짧으면 그냥 “전선”이지만, 길어지면 신호가 선을 따라 파동처럼 진행하면서 반사가 생깁니다. 대략 선로 지연이 상승 시간의 1/6을 넘으면 전송선로로 다뤄야 합니다.

임계 길이 ≈ (상승 시간 / 6) × 전파 속도FR-4에서 전파 속도 ≈ 0.15 mm/ps. 상승 시간 100ps → 약 2.5mm, 35ps → 약 0.9mm. MIPI 고속 라인은 거의 모든 구간이 전송선로입니다.

③ Gbps와 GHz는 다르다

항목계산예: MIPI D-PHY 2.5 Gbps/lane
1비트 시간 (UI)1 / 데이터율400 ps
Nyquist 주파수 (판정 기준)데이터율 / 2 — 0101 반복이 만드는 가장 빠른 사인파1.25 GHz
상승 시간이 만드는 고조파약 0.35 / 상승 시간상승 시간 80ps → 약 4.4 GHz
해석 주파수 범위Nyquist의 3~5배 이상사내 매뉴얼: 1.25GHz 기준 → 12.5GHz까지
ONE LINE그래서 보고서는 “1.25GHz에서 RL −15dB”처럼 데이터율의 절반에서 판정하고, 그래프는 그보다 훨씬 높은 주파수까지 그립니다.
05

임피던스 — 신호가 느끼는 “길의 폭”

특성 임피던스는 저항계로 재는 값이 아닙니다. 신호가 선로를 따라 진행할 때 느끼는 전압과 전류의 비율입니다.

Z0 = √(L / C)L: 단위 길이 인덕턴스 · C: 단위 길이 커패시턴스. GND가 가까울수록 C가 커져 Z0가 낮아집니다.
단선 (Single-ended)

선 하나와 GND 사이. 일반 신호 50Ω 기준이 많습니다.

차동 (Differential, Zdiff)

P/N 두 선 사이. MIPI D-PHY 목표 100Ω (보통 ±10%).

공통 모드 (Zcomm)

두 선이 같은 방향으로 움직일 때. 노이즈·EMI와 관련.

임피던스를 바꾸는 요인

요인커지면이유
절연 두께 HZ0 ↑GND가 멀어져 C 감소
선폭 WZ0 ↓면적이 넓어져 C 증가
유전율 DkZ0 ↓C 증가
차동 간격 SZdiff ↑두 선의 결합이 약해짐
메쉬 GND (구멍 뚫린 GND)Z0 ↑참조면 면적이 줄어 C 감소. FPCB에서 흔함
에칭으로 선폭 감소Z0 ↑실제 W가 설계보다 좁아짐(사다리꼴 단면)
차동 임피던스 계산기LAB 01
단선 Z0—
차동 Zdiff—
MIPI 100Ω ±10% 판정—
전파 지연—

IPC-2141 근사식 기반입니다. 실제 값은 필드 솔버(SIwave, Polar 등)와 PCB 업체 결과로 확정합니다. 예를 들어 H를 60→45μm로 줄이면 Zdiff가 얼마나 떨어지는지 확인해 보세요.

05A

Microstrip과 Stripline — 내 카메라 PCB에서는 어디가 무엇인가

이름은 낯설어도, 이미 매일 설계하던 구조입니다. 신호선 위아래에 무엇이 있느냐로 구분합니다.

한 줄 정의

🔼
Microstrip (마이크로스트립)

바깥층(표층)에 있는 신호선. 아래에만 GND 면이 있고 위는 솔더 마스크/커버레이와 공기입니다. 카메라 PCB의 L1·L4(최외곽층) 배선, 그리고 2층 플렉스의 배선이 여기에 해당합니다.

🥪
Stripline (스트립라인)

안쪽층(내층)에 있고 위아래 모두 GND(또는 전원) 면에 끼어 있는 신호선. 샌드위치 속 햄입니다. 4층 리지드에서 L2·L4가 GND일 때 L3 배선이 해당합니다.

① Microstrip 위: 공기 · 아래: GND 장 일부가 공기 중 ② 코팅 Microstrip 솔더 마스크 / 커버레이 카메라 표층·플렉스의 실제 형태 마스크 두께가 임피던스에 영향 ③ Stripline 위·아래 모두 GND 장이 전부 절연층 안 ④ CPWG (코플래너) 옆에도 GND 동박 + 비아 GND Pour 옆을 지나는 표층 선로 주황선 = 전기장. 노란 사각형 = 신호선, 구리색 = GND 차동 선로는 같은 구조에 신호선이 두 개 나란히 있는 형태 (Edge-coupled)
FIG 05A-1카메라 PCB의 대부분은 ② 코팅 Microstrip 또는 ③ Stripline입니다. 신호선 옆까지 GND Pour를 가까이 붙이면 ④ CPWG가 되어 임피던스가 더 낮아지니, 임피던스 계산 시 옆 GND 간격도 입력해야 합니다.

내 PCB에서 구분하는 법 — 스택업 표에서 “위아래 층”만 보면 됩니다

센서 PCB (리지드 4층 + 플렉스 2층) — 교육용 예시 Top 솔더 마스크 L1 신호 (MIPI) Prepreg L2 GND FCCL (폴리이미드) L3 신호 (MIPI) Prepreg L4 GND Bottom 솔더 마스크 판별 결과 L1 MIPI위: 마스크·공기 / 아래: L2 GND→ 코팅 Microstrip L3 MIPI위: L2 GND / 아래: L4 GND→ Stripline (비대칭) 위아래 거리가 다르면 “비대칭 Stripline” 플렉스 구간 (2층) 커버레이 신호층 (MIPI) FCCL 메쉬 GND 커버레이 플렉스 MIPI위: 커버레이·공기 / 아래: 메쉬 GND→ 커버레이 Microstrip (메쉬 참조)
FIG 05A-2판별 규칙: 신호층 바로 위와 바로 아래 층을 봅니다. 한쪽만 GND면 Microstrip, 양쪽 모두 GND(또는 전원 면)면 Stripline. 아래가 GND가 아니라 다른 신호층이면 둘 다 아니므로 설계를 다시 봐야 합니다.

무엇이 다른가 — 비교표

항목Microstrip (표층)Stripline (내층)
장이 지나는 곳절연층 + 일부 공기전부 절연층
유효 유전율 (εeff)공기와 섞여 Dk보다 낮음 (예: Dk 3.6 → 약 2.8)Dk와 같음
신호 속도조금 빠름 (약 5.5~6 ps/mm)조금 느림 (약 6.3~7 ps/mm)
같은 임피던스를 만들 때 선폭넓게 가능GND가 양쪽에 있어 더 좁아야 함
원단 누화 (FEXT)큼 — 공기·절연층이 섞여 상쇄가 안 됨거의 없음
EMI·외부 노이즈위가 열려 있어 방사·유입이 큼GND에 갇혀 차폐 효과
제조 편차 영향솔더 마스크·커버레이 두께, 도금 두께에 민감Prepreg 두께 편차에 민감
층 비용GND 한 층이면 됨GND 두 층이 필요
카메라 PCB 예센서 패드 팬아웃, 커넥터 근처, 플렉스 2층리지드 내부 장거리 MIPI 구간
WHY PROBE TOUCHES MATTER표층(Microstrip)은 측정 프로브를 바로 댈 수 있지만, 내층(Stripline)은 비아·테스트 패드를 거쳐야 해서 그 자체가 불연속이 됩니다. 실측 TDR에서 “측정점 근처가 튀는” 이유 중 하나입니다.
같은 치수, 다른 구조 — Microstrip vs Stripline 비교LAB B
항목MicrostripStripline

동박 20μm 고정, IPC-2141 근사식. 같은 선폭이면 Stripline 임피던스가 더 낮고, 100Ω을 맞추려면 Stripline 선폭을 더 좁혀야 한다는 것을 확인해 보세요.

05B

단선 · 차동 · 공통 모드 — 두 선으로 보내는 이유

MIPI가 왜 P/N 두 선을 쓰는지, 보고서의 SDD·SCD·Zdiff·Zcomm이 무슨 뜻인지 정리합니다.

세 가지 방식

➖
단선 (Single-ended)

선 하나의 전압을 GND 기준으로 읽습니다. I2C, GPIO, 리셋 같은 저속 신호. GND가 출렁이면 그대로 오류가 됩니다.

⇅
차동 (Differential)

P와 N 두 선에 서로 반대 신호를 보내고 수신기는 두 선의 차이만 읽습니다. MIPI D-PHY 고속 모드, USB, LVDS.

⇈
공통 모드 (Common-mode)

P와 N이 같은 방향으로 함께 움직이는 성분. 원하는 신호가 아니라 대부분 노이즈이며, EMI(방사)의 주범입니다.

Vdiff = VP − VN   ·   Vcm = (VP + VN) / 2예: P = 0.30V, N = 0.10V → 차동 +0.20V(비트 “1”), 공통 0.20V. MIPI D-PHY 고속 모드는 차동 스윙 약 200mV, 공통 전압 약 200mV 수준입니다.

차동이 좋은 이유 — 노이즈가 “같이” 들어오면 빼면 사라진다

두 선을 가까이 붙여 나란히 배선하면 외부 노이즈(전원 스위칭, OIS 구동 전류 등)가 두 선에 거의 같은 크기로 들어옵니다. 수신기는 P − N만 보기 때문에 같은 크기의 노이즈는 서로 빼져 사라집니다. 또 P와 N의 전류가 반대 방향이라 자기장이 서로 상쇄돼 방사도 적습니다.

차동·공통 모드 체험LAB C
차동 신호에 남은 노이즈—
공통 모드 피크 (유입 노이즈 포함)—
모드 변환 펄스 · Skew 길이 환산—
판정—

위: P(빨강)·N(파랑) 각각의 파형. 아래: 수신기가 보는 차동(노랑)과 공통 모드(초록). 노이즈를 키워도 대칭이면 차동은 깨끗합니다. Skew나 비대칭을 주면 차동에 노이즈가 남고, 비트가 바뀌는 순간 공통 모드에 뾰족한 펄스가 생깁니다. 이것이 모드 변환이고 EMI의 원인입니다.

Zdiff는 왜 단선 임피던스의 2배가 아닌가 — 홀수·짝수 모드

모드두 선의 움직임임피던스관계
홀수 모드 (Odd)P↑ N↓ 반대로 — 차동 신호Zodd (한 선이 느끼는 값)Zdiff = 2 × Zodd
짝수 모드 (Even)P↑ N↑ 같이 — 공통 모드ZevenZcomm = Zeven / 2

두 선을 가까이 붙이면 서로 끌어당기는 결합(커플링)이 생겨 Zodd는 단선 Z0보다 낮아지고, Zeven은 높아집니다. 그래서 단선 55Ω짜리 선 두 개를 붙이면 Zdiff는 110Ω이 아니라 100Ω 정도가 됩니다. 간격 S가 좁을수록 Zdiff가 더 내려갑니다(05장 LAB 01에서 S를 바꿔 확인).

강결합 (간격 좁게)

노이즈 상쇄·방사 억제에 유리. 선폭을 좁혀야 100Ω이 맞음. P/N 대칭이 더 중요해짐.

약결합 (간격 넓게)

선폭을 넓게 쓸 수 있고 제조 편차에 덜 민감. 대신 노이즈 상쇄 효과는 줄어듦.

모드 변환 — 차동이 공통으로 새는 순간

P와 N이 완벽히 대칭이면 차동은 차동으로만 갑니다. 그런데 대칭이 깨지면 차동 신호 일부가 공통 모드로 바뀝니다. 공통 모드는 두 선이 함께 안테나처럼 동작해 방사되므로, 스마트폰에서는 무선(LTE·5G·Wi-Fi) 감도 저하로 나타나기도 합니다.

대칭을 깨는 원인카메라 PCB 예대책
P/N 길이 차 (Skew)코너·팬아웃에서 바깥쪽 선이 길어짐길이 맞춤(Serpentine), 1ps ≈ FR-4 약 0.15mm
한 선만 비아·패드 통과테스트 포인트를 P에만 둠P/N 똑같이 배치
아래 GND가 다름메쉬 GND 격자 위치가 P/N 아래에서 다름, GND 슬롯을 한 선만 지남메쉬 피치·방향 조정, 슬롯 회피
옆 물체가 한쪽만 가까움P 옆에만 GND Pour·다른 신호양쪽 간격 동일

Mixed-mode S-parameter 이름 읽기

이름읽는 법의미좋은 방향
SDD21Differential → Differential, 포트1→2차동 신호 통과 (IL)0 dB에 가깝게
SDD11차동 → 차동, 포트1 반사차동 반사 (RL)아래로
SCC21Common → Common공통 모드 통과참고용
SCD21Differential 입력 → Common 출력모드 변환 = 비대칭 정도아래로 (예: −30 dB 이하)
SDC21Common 입력 → Differential 출력공통 노이즈가 차동으로 섞임아래로

첫 글자가 출력 모드, 두 번째 글자가 입력 모드입니다. HFSS에서는 포트를 각 선마다 단선 50Ω으로 만든 뒤 Differential Pairs로 P/N을 묶으면, 툴이 차동 100Ω·공통 25Ω 기준으로 이 값들을 자동으로 계산해 줍니다(실습 5장 “포트 설정” 단계).

YOUR CASEC-PHY는 차동 쌍이 아니라 3선(Trio)입니다. 세 선 중 두 선의 조합(A-B, B-C, C-A)마다 차동 신호를 보기 때문에 보고서에 조합별 임피던스가 따로 나옵니다. 세 선이 일렬로 놓이면 A-C 조합만 멀어져 임피던스가 높게 나오는 것이 정상적인 경향입니다.
06

S-parameter — 반사와 통과의 성적표

“이 선로에 신호를 넣으면 몇 %가 되돌아오고 몇 %가 도착하는가”를 주파수별로 기록한 데이터입니다.

DUT (해석 대상) MIPI 선로 · 비아 · 커넥터 Port 1 Port 2 입사파 (넣은 신호) 반사파 → S11 통과파 → S21 Sij = 포트 j에 넣은 신호 중 포트 i에서 나온 비율 · 주파수마다 하나씩
FIG 06-12포트 S-parameter. MIPI 4레인 + 클럭처럼 선이 여러 개면 포트 수가 늘어 S20P 같은 큰 행렬이 됩니다.

dB 감각 익히기 — 가장 먼저 외울 것

S-parameter는 보통 dB로 표시합니다. 전압 비율 r을 dB로 바꾸면 20·log10(r)입니다. 음수일수록 작다는 뜻입니다.

dB전압 비율전력 비율의미 (S11일 때 / S21일 때)
0 dB1.00100%전부 반사 / 손실 없이 통과
−1 dB0.8979%— / 전압 11% 손실
−2 dB0.7963%— / 흔한 IL 합격선 예시
−3 dB0.7150%— / 전력 절반
−10 dB0.3210%전압 32% 반사 (나쁨) / —
−15 dB0.183.2%흔한 RL 합격선 예시 / —
−20 dB0.101%반사 10% (양호) / —
−26 dB0.050.25%흔한 Crosstalk 합격선 예시
−40 dB0.010.01%사실상 없음
dB ↔ 비율 변환기LAB 02
전압 비율—
전력 비율—
진폭으로 환산—
S11이면 반사계수 → 임피던스 예상 (100Ω 기준)—

보고서에 나오는 4가지 그래프

그래프S-parameter좋은 방향판정 예시 (교육용)
Return Loss (반사)SDD11아래로 (더 음수)동작 주파수에서 −15 dB 이하
Insertion Loss (통과)SDD210 dB에 가깝게동작 주파수에서 −2 dB 이상
NEXT (근단 누화)SDD31 등아래로−26 dB 이하
FEXT (원단 누화)SDD41 등아래로−26 dB 이하

앞에 붙은 SDD는 “차동 입력 → 차동 출력”이라는 뜻입니다(Mixed-mode S-parameter). SCD는 차동이 공통 모드로 바뀐 양이고, EMI의 원인이 됩니다. 보고서의 그래프 범례 dB(S(D0_Diff,D0_Diff))는 D0 레인 차동 포트의 반사, 즉 SDD11입니다.

WHICH FREQUENCY?판정 주파수는 보통 동작 주파수(데이터율의 절반, Nyquist)입니다. 예: 레인당 2.5Gbps면 1.25GHz. 상승 시간의 고조파까지 보려고 그 3~5배 대역까지 그래프를 그립니다.

.snp 파일 해부

! 교육용 예시 — 2-port Touchstone (.s2p) # GHz S DB R 100 ← 단위 GHz · S-param · dB/각도 형식 · 기준 임피던스 100Ω 0.10 -32.1 85.2 -0.08 -12.4 -0.08 -12.4 -32.0 84.9 1.25 -18.6 -41.0 -0.92 -151. -0.92 -151. -18.4 -40.2 2.50 -14.9 -97.3 -1.71 58.0 -1.71 58.0 -15.1 -96.0 주파수 │ S11(dB, 각도) │ S21 │ S12 │ S22

이 예시를 읽으면: 1.25GHz에서 반사(S11) −18.6dB(합격), 통과(S21) −0.92dB(합격). 2.5GHz에서는 반사 −14.9dB로 −15dB 기준에 아슬아슬합니다.

QUALITY CHECK받은 S-parameter가 이상하면 이후 모든 해석이 틀립니다. Passivity(에너지를 만들어내면 안 됨, S21이 0dB를 넘으면 의심), Causality(입력보다 출력이 먼저 나오면 안 됨), 대역(DC 근처부터 충분히 높은 주파수까지)을 확인하세요.
07

TDR — 임피던스를 위치별로 보는 레이더

빠른 계단 신호를 보내고 되돌아오는 반사를 시간 순서로 기록합니다. 시간은 곧 거리입니다.

Γ = (Z − Zref) / (Z + Zref)   →   Z = Zref · (1 + Γ) / (1 − Γ)   ·   거리 = (시간 × 속도) / 2반사파 크기로 그 지점 임피던스를 역산하고, 왕복이므로 2로 나눕니다. FR-4에서 신호는 약 15cm/ns.
그래프가 위로 솟으면 (임피던스 ↑)

인덕턴스 성분. 선폭이 좁아짐, GND가 멀어짐, 메쉬 GND, 커넥터 핀, 비아.

그래프가 아래로 꺼지면 (임피던스 ↓)

커패시턴스 성분. 넓은 패드, GND가 가까움, 부품 패드, 테스트 포인트.

TDR 프로파일 만들기LAB 03
최소 / 최대—
100Ω ±10% 판정—
최악 구간—

상승 시간을 길게(느리게) 하면 짧은 불연속이 뭉개져 안 보입니다. 그래서 해석과 실측의 TDR을 비교할 때는 반드시 같은 상승 시간을 써야 합니다. 사내 보고서도 상승 시간(예: 20~80% 33ps)과 평균을 낼 시간 구간을 조건으로 명시합니다.

YOUR CASE보고서의 MIPI C-PHY TDR에서 a-b, b-c, a-c 세 조합의 평균 임피던스가 서로 다른 것은 C-PHY가 세 선(Trio)을 쓰기 때문입니다. 선 사이 거리가 조합마다 달라서 a-c처럼 멀리 떨어진 조합의 임피던스가 더 높게 나옵니다(09장).
08

Crosstalk — 옆 선이 남기는 흔적

한 선이 움직이면 전기장과 자기장이 옆 선에 전압을 만듭니다. 카메라에서는 전원선이 홀 센서 신호에 노이즈를 넣는 일이 대표적입니다.

NEXT (근단 누화)

공격 신호를 넣은 쪽 끝에서 보이는 노이즈. 결합 구간이 길어지면 일정 값에서 포화됩니다.

FEXT (원단 누화)

신호가 도착하는 반대쪽 끝에서 보이는 노이즈. 표층(Microstrip)에서 크고 내층(Stripline)에서는 거의 상쇄됩니다.

결과를 읽는 두 가지 방식

  • 주파수 영역 (dB): S-parameter로 표현. 예: −26dB 이하면 합격.
  • 시간 영역 (mV): 전원선에 빠른 계단 전압(예: 상승 시간 100ps)을 넣고 피해 선에 생기는 노이즈 전압을 직접 봅니다. 홀 센서처럼 mV 단위 아날로그 신호를 다룰 때 더 직관적입니다.
교육용 예시: 전원 → 홀 출력 라인수정 전수정 후 (IC 위치·배선 변경)
NEXT (mV)≈ 15≈ 2
FEXT (mV)≈ 3≈ 1
해석홀 출력이 수십 mV 수준이면 15mV는 위치 오차로 바로 보입니다. 2mV 수준이면 필터로 충분히 처리됩니다.

줄이는 방법

  • 간격을 넓힘: 절연 두께의 2~3배(2H~3H) 이상
  • 평행 구간을 짧게, 인접 층은 직교 배선
  • 사이에 GND 선(Guard)과 GND 비아
  • 민감 신호는 내층으로, 전원·구동선과 다른 층으로
  • IC 배치 자체를 바꿈 — 가장 효과가 큼
09

MIPI D-PHY · C-PHY와 Eye Diagram

카메라 영상이 실제로 지나가는 길. 해석 결과의 최종 목적지입니다.

항목D-PHYC-PHY
배선차동 쌍(2선) × 데이터 레인 + 클럭 레인3선(Trio) × 레인, 클럭 레인 없음(클럭 내장)
임피던스 목표차동 100Ω선 사이 조합(a-b, b-c, c-a)별 차동 약 100Ω, 단선 50Ω 기준
SI 포인트P/N 길이 맞춤(Skew), 레인 간 Skew세 선의 대칭 배치가 핵심. 조합별 임피던스 편차

Eye Diagram 읽기

수많은 비트를 한 화면에 겹쳐 그리면 가운데 눈(Eye) 모양이 생깁니다. 눈 높이(전압 여유)와 눈 폭(시간 여유)이 클수록 좋고, 규격 마스크(사각형·육각형)에 파형이 닿으면 불합격입니다. 해석에서는 HFSS로 뽑은 S-parameter를 AEDT Circuit에 넣고 송신기·수신기 모델로 Eye를 그립니다. 실물은 오실로스코프로 측정합니다(12장).

CONNECT반사(RL)가 크면 Eye 위아래가 출렁이고(링잉), 손실(IL)이 크면 Eye가 납작해지며, Crosstalk가 크면 선이 굵어집니다. S-parameter 각 그래프가 Eye의 어느 부분을 깎는지 연결해 두세요.
PART 03

전원 무결성 (PI)

직류에서 떨어지는 전압(IR Drop)과 순간 전류가 만드는 출렁임(PDN).

10

DC IR Drop — 가는 길에 잃는 전압

레귤레이터가 정확히 1.8V를 내도, 패턴과 비아의 저항 때문에 센서 핀에는 그보다 낮은 전압이 도착합니다.

ΔV = I × R   ·   R = ρ · L / (W · t)ρ(구리 비저항) ≈ 1.72×10⁻⁸ Ω·m · L 길이 · W 폭 · t 동박 두께. 비아 저항이 직렬로 더해집니다.

SIwave에서 설정하는 것

  1. Voltage Source: 레귤레이터 출력 핀(예: 1.8V)
  2. Current Sink: 부하 핀(예: 센서 전원 핀)에 최대 전류(예: 65mA)
  3. Compute DC IR → 결과: 부하 핀 최저 전압, 경로 DC 저항, 전압·전류밀도 컬러맵
교육용 예시: 센서 전원공급최대 전류DC 저항부하 전압강하센서 최소 전압판정
Core 0.8V0.80120 mA110 mΩ0.78713 mV0.76OK
Analog 2.8V2.8060 mA90 mΩ2.7955 mV2.70OK
I/O 1.8V1.8065 mA120 mΩ1.7928 mV1.70OK
OIS 구동 2.8V2.80240 mA90 mΩ2.77822 mV2.60OK

판정은 “부하 전압 ≥ 부품 데이터시트의 권장 최소 동작 전압”입니다. 보통 강하가 공급 전압의 1~3% 이내면 안심합니다. 코어 전압처럼 낮은 전압일수록 같은 mV도 비율이 커서 위험합니다.

IR Drop 계산기LAB 04
경로 저항—
전압 강하—
부하 전압—
판정—
YOUR CASE카메라 FPCB는 동박이 얇고 길어서 구동 전원(OIS·AF 코일 드라이버)의 강하가 가장 큽니다. 패턴 폭을 넓히거나 층을 하나 더 병렬로 쓰고, 비아를 늘리는 것이 대표적인 대책입니다.
11

PDN과 목표 임피던스 — 순간 전류에 버티는 힘

전류가 순간적으로 변할 때 전압이 얼마나 출렁이는지는 주파수별 전원망 임피던스(Z)가 결정합니다.

Ztarget = (VDD × 허용 리플 %) / ΔI   ,   ΔI ≈ 최대 전류 × 50%부하가 항상 최대 전류를 쓰지는 않으므로 실무에서는 최대 전류의 50%를 변동분으로 보는 경우가 많습니다.

계산 예 (교육용)

전원5.0V 벅 출력 → 다음 단 레귤레이터 입력
허용 리플5% → 0.25V
최대 전류1A → ΔI = 0.5A
목표 임피던스0.25 / 0.5 = 0.5 Ω
판정 구간지정이 없으면 보통 10kHz ~ 100MHz에서 Z < 0.5Ω 이면 합격

SIwave에서 보는 법

  1. 전원 IC와 부하 IC에 Pin Group을 만듭니다 (같은 기능의 전원 핀·GND 핀을 하나로 묶음).
  2. 양쪽에 Port를 만듭니다 (+단자: 전원 핀 그룹, −단자: GND 핀 그룹, 기준 50Ω).
  3. 커패시터·인덕터에 제조사 S-parameter 모델을 할당합니다 (BOM의 부품 번호로 검색).
  4. Compute SYZ Parameters: 10Hz~1GHz, 저주파는 Log 스윕.
  5. 결과 창에서 부하 쪽 포트의 Z11(자기 임피던스)만 체크해 그립니다.
  6. AEDT로 그래프를 보내 Limit Line(목표 임피던스)과 Marker(10kHz, 100MHz)를 추가해 판정합니다.
목표 임피던스 계산기LAB 05
허용 리플 전압—
변동 전류 ΔI—
목표 임피던스—
WHY CAPACITOR MODELSMLCC는 높은 주파수에서 인덕터처럼 동작하고(자기 공진), 직류 전압이 걸리면 용량이 줄어듭니다. 이상적인 “10μF”로 넣으면 결과가 실제보다 좋게 나옵니다. 그래서 제조사 S-parameter 모델을 할당합니다. 라이브러리에 없으면 제조사 홈페이지에서 .s2p를 받아 Import합니다.
PART 04

실측 · 상관 · 불량 분석

해석은 실물로 확인될 때 의미가 있습니다. 카메라 PCB 기준으로 무엇을 어떻게 재고 비교하는지.

12

카메라 PCB 실측 — 무엇을, 무엇으로, 무엇과 비교하나

해석 결과 하나마다 대응하는 측정이 있습니다.

측정 항목장비측정 대상비교할 해석 값흔한 허용 차
차동 임피던스TDR (임피던스 측정기, 고속 오실로스코프 TDR 모듈)임피던스 쿠폰 / 실물 MIPI 라인HFSS TDR, 계산 Zdiff±5~10%
단면 치수단면 분석(Cross-section) + 현미경절연 두께, 선폭(윗면·아랫면), 동박 두께스택업 입력값입력값 보정용
S-parameterVNA(벡터 네트워크 분석기) + 프로브/지그MIPI 라인 양 끝HFSS S-parameterIL ±0.5dB, 공진 위치
DC 저항4선식(켈빈) 밀리옴 미터전원 경로 양 끝SIwave DC 저항±10~20%
부하 전압DMM, 오실로스코프동작 중 센서 전원 핀(테스트 포인트)SIwave 부하 전압수 mV
전원 리플·노이즈오실로스코프 + 저노이즈 프로브(짧은 GND 스프링)동작 중 전원 핀PDN Z × 전류경향 비교
MIPI Eye고속 오실로스코프 + MIPI 분석 소프트웨어센서 → AP 신호Circuit Eye 해석마스크 여유
기능 확인센서 테스트 보드, 영상 평가영상 출력, 오류 카운트—노이즈·영상 끊김 여부

임피던스 쿠폰과 TDR 측정

PCB 업체는 패널 가장자리에 같은 스택업으로 만든 임피던스 쿠폰(테스트용 직선 선로)을 넣고, TDR로 측정해 임피던스 성적서를 함께 보내 줍니다(측정 방법은 IPC-TM-650 2.5.5.7). 성적서에는 목표값, 허용 범위, 측정값, 사용 장비, 상승 시간이 적혀 있습니다.

CAUTION쿠폰은 직선 선로라서 실물의 굴곡부, 메쉬 GND, 커넥터, 패드 구간은 반영하지 않습니다. 쿠폰이 합격이어도 실물 라인은 불합격일 수 있습니다. 문제가 있으면 실물 라인을 직접 TDR로 재야 합니다.

실물 TDR 측정 순서

  1. 장비 교정(Calibration)과 기준 임피던스 확인 (차동 100Ω)
  2. 상승 시간을 해석 조건과 같게 맞춤 (예: 20~80% 35ps)
  3. 프로브를 MIPI P/N 패드(또는 커넥터)에 대고 GND 연결을 최대한 짧게
  4. 측정 → 구간별 평균 임피던스 기록, 굴곡부·패드 위치 표시
  5. 반대쪽 끝은 개방(Open) 상태로 두는 것이 일반적
  6. 해석 TDR과 같은 축(시간 또는 거리)으로 겹쳐 그려 비교
YOUR CASE해석에서 MIPI 라인을 확인했는데 첫 시제품에서 영상이 안 나왔다면, 원인을 이 순서로 좁힙니다. ① 전원·시퀀스·클럭·I2C 통신 → ② MIPI 레인 설정(레인 수, 속도) → ③ 실물 TDR로 임피던스 확인 → ④ 단면 분석으로 실제 두께·선폭 확인 → ⑤ 해석 모델 보정 후 재해석(13장).
13

해석–실측 상관 — 차이를 줄이는 기술

현업 SI/PI 팀이 가장 많이 고민하는 문제입니다. 차이의 원인은 대부분 “입력”에 있습니다.

차이의 원인증상확인 방법보정
절연 두께가 공칭과 다름임피던스가 전체적으로 일정하게 어긋남단면 분석실측 두께 입력
에칭으로 선폭 감소·사다리꼴임피던스가 실측에서 더 높음단면에서 윗변·아랫변 측정평균 선폭 또는 사다리꼴 형상 입력
Dk가 데이터시트와 다름(주파수 의존)임피던스·지연 모두 어긋남지연 시간 비교, 공진 위치 비교측정 주파수의 Dk, 주파수 의존 모델
동박 표면 거칠기고주파 IL이 실측에서 더 나쁨IL 기울기 비교조도 모델(Huray 등) 적용
메쉬 GND·커버레이 모델링 누락플렉스 구간만 크게 다름TDR 구간별 비교HFSS에서 3D로 정확히 모델링
측정 지그·프로브 영향양 끝에서만 다름지그만 따로 측정De-embedding(지그 영향 제거)
상승 시간·기준 임피던스 불일치모양은 같은데 크기가 다름측정 조건 확인조건을 일치시킴
역산기 — 실측 임피던스에 맞는 절연 두께 찾기LAB 06
설계값으로 계산한 Zdiff—
실측에 맞는 H—
또는 실측에 맞는 선폭 W—

하나의 측정값으로는 원인을 하나로 정할 수 없습니다(두께가 커졌는지, 선폭이 줄었는지). 그래서 단면 분석으로 실제 치수를 확인해 원인을 확정합니다.

ONE-LINE SUMMARY“해석이 틀린 게 아니라 입력이 실물과 달랐다.” 실측 데이터로 물성·치수 라이브러리를 업데이트하는 습관이 정합성을 만듭니다. 메모리 모듈 SI/PI에서도 똑같은 문제를 풉니다.
14

FA (불량 분석) — 증상에서 근본 원인까지

비파괴 검사부터 하고, 파괴 검사는 마지막에. 순서가 중요합니다.

STEP 1
증상 정의와 재현

언제, 몇 개 중 몇 개, 어떤 조건(온도, 굴곡, 진동)에서. 재현 조건을 찾는 것이 절반입니다.

STEP 2
양품–불량 비교 (전기적, 비파괴)

저항·도통, 전원 전압, TDR, I2C 통신, 영상 오류 카운트를 양품과 나란히 비교.

STEP 3
위치 좁히기

TDR로 불연속 위치 찾기(시간 → 거리), 열화상 카메라로 발열 지점, X-ray/CT로 솔더 내부·비아.

STEP 4
물리 분석 (파괴)

단면 분석, SEM/EDS(표면 형상과 성분), 솔더 크랙·비아 크랙·동박 크랙 확인.

STEP 5
근본 원인과 메커니즘

5 Why로 설계·공정·재료 중 무엇이 원인인지. 해석으로 메커니즘을 재현하면 설득력이 커집니다.

STEP 6
대책·검증·재발 방지

설계 변경 → 재해석 → 실물 검증 → 설계 가이드·체크리스트에 반영.

카메라 PCB 대표 불량과 확인법

증상의심 원인확인해석 연계
영상 미출력MIPI 임피던스·Skew 이상, 커넥터 접촉, 전원 시퀀스TDR, 오실로스코프 Eye, 전원 파형HFSS S-param·TDR 재해석
영상 노이즈·줄무늬전원 리플, 구동 전원과 센서 전원 결합, GND 경로전원 핀 리플 측정, OIS 끄고 비교PDN Z, Crosstalk
간헐 영상 끊김 (굴곡 시)FPCB 굴곡부 동박·비아 크랙굴곡 중 도통·TDR, 단면굴곡부 응력 해석
OIS 떨림·위치 오차홀 신호 Crosstalk, 구동 전원 IR Drop홀 출력 노이즈, 구동 중 전압Crosstalk(mV), DC IR
I2C 통신 실패풀업·상승 시간, 노이즈, 전원 레벨SDA/SCL 파형간이 SI 해석
고온에서만 불량열에 의한 저항 증가, 휨으로 접촉 불량온도 챔버 재현, 휨 측정전기–열 연성 해석
15

해석 보고서 읽는 법과 의뢰서 쓰는 법

외부팀에 의뢰하든 직접 하든, 조건이 명확해야 결과가 쓸모 있습니다.

보고서를 받으면 확인할 7가지

  1. 해석 모델: 어느 리비전 PCB 데이터인지, 어디까지 잘라서 해석했는지
  2. 스택업·물성: 내가 준 값이 그대로 들어갔는지 (두께, Dk/Df, 플렉스 영역)
  3. 포트 정의: 포트 번호와 넷 이름 대응표, 기준 임피던스(단선 50Ω, 차동 100Ω)
  4. 해석 조건: 주파수 범위, 상승 시간, 평균 구간, 툴과 버전
  5. 판정 기준: 어떤 주파수에서 몇 dB인지, 기준이 어디서 왔는지(고객, 규격, 사내)
  6. 결과 수치: 마커 값(예: 1.25GHz에서 RL −18dB), 최악 레인
  7. 결론과 권고: 합격/불합격, 개선 방향

의뢰서 템플릿

■ 해석 목적
  MIPI D-PHY 4레인(2.5Gbps/lane) 라인의 RL/IL/NEXT/FEXT 및 TDR 확인
■ 전달 데이터
  PCB: ODB++ v8 (Pour 갱신 완료) · 스택업 시트(리지드/플렉스 별도) · BOM
  대상 넷: CLK_P/N, D0~D3_P/N · 주변 간섭 넷: AVDD, MVDD, I2C
■ 해석 조건
  기준 임피던스: 차동 100Ω / 주파수: DC~12.5GHz
  TDR 상승 시간: 35ps (20~80%) · 평균 구간: 선로 중앙 구간
■ 판정 기준
  RL ≤ −15dB, IL ≥ −2dB @1.25GHz · XT ≤ −26dB · Zdiff 100Ω ±10%
■ 요청 결과물
  그래프(마커 포함), 요약 표, .sNp 파일, 개선 권고
TIP판정 기준을 미리 정해서 보내면, 보고서가 “그래프 모음”이 아니라 “합격/불합격 판정서”가 됩니다.
15A

처음 하는 사람이 꼭 묻는 질문

해석 보고서를 받아 보던 입장에서 직접 해석하려 할 때 막히는 지점들을 모았습니다.

개념

임피던스를 왜 하필 50Ω, 100Ω에 맞추나요?
송신 드라이버, 수신 종단 저항, 커넥터·케이블·측정 장비가 모두 그 값을 기준으로 만들어지기 때문입니다. 경로 전체가 같은 값이어야 반사가 없습니다. 50Ω은 손실과 전력 전달의 절충으로 굳어진 업계 표준이고, 차동 100Ω은 50Ω 두 개를 쌍으로 본 값에서 출발했습니다.
Ω 단위인데 왜 멀티미터로 재면 안 나오나요?
멀티미터가 재는 것은 직류 저항(구리 자체의 저항, 수 mΩ~수 Ω)입니다. 특성 임피던스는 고속 신호가 지나갈 때 선로의 L과 C가 만드는 전압/전류 비율이라, 빠른 신호를 보내는 TDR이나 VNA로만 잴 수 있습니다.
선이 몇 mm밖에 안 되는데 SI를 신경 써야 하나요?
상승 시간이 짧을수록 짧은 선도 전송선로가 됩니다. 상승 시간 35ps면 약 1mm만 넘어도 반사가 보입니다(04A장). 다만 짧은 불연속(패드, 비아)은 상승 시간보다 짧으면 TDR에 작게 보이고 영향도 작아지는 경향이 있습니다.
FPCB는 왜 메쉬 GND를 쓰나요? 꽉 채우면 안 되나요?
꽉 찬 동박은 뻣뻣해서 굽힘에 약하고 반복 굴곡 시 크랙이 생기기 쉽습니다. 메쉬는 유연성을 확보하는 대신 참조면이 줄어 임피던스가 올라가고 리턴 경로가 지그재그가 됩니다. 그래서 메쉬 구간은 선폭 보정과 3D 해석(HFSS)이 필요합니다.
S-parameter와 TDR은 서로 다른 해석인가요?
같은 정보를 다른 축으로 본 것입니다. 주파수별 반사(S11)를 시간 영역으로 변환하면 TDR이 됩니다. 그래서 HFSS가 S-parameter를 낮은 주파수부터 충분히 높은 주파수까지 구해 두면 Circuit에서 TDR을 그릴 수 있습니다.
PDN은 왜 S가 아니라 Z(임피던스)로 보나요?
전원망에서 궁금한 것은 “전류가 ΔI만큼 변할 때 전압이 얼마나 흔들리나”이고, 그 답이 바로 ΔV = Z × ΔI입니다. 그래서 목표 임피던스와 직접 비교할 수 있는 Z로 봅니다. 툴은 내부적으로 S를 구한 뒤 Z로 바꿔 보여 줍니다.
Crosstalk 노이즈는 몇 mV면 괜찮나요?
정해진 하나의 값은 없고 피해 신호의 마진과 비교합니다. 예를 들어 홀 센서 출력처럼 수십 mV를 정밀하게 읽는 아날로그 신호는 수 mV도 문제가 되고, 수백 mV 스윙의 디지털 신호는 수십 mV까지도 견딥니다. 통상 신호 진폭의 수 % 이내를 목표로 둡니다.

툴 사용

HFSS가 더 정확하면 처음부터 다 HFSS로 하면 안 되나요?
PCB 전체를 3D로 풀면 시간과 메모리가 감당이 안 됩니다. 전원망·IR Drop처럼 넓은 판 구조는 SIwave가 빠르고 충분히 정확하고, 메쉬 GND·플렉스 경계·커넥터처럼 3D 효과가 중요한 일부 구간만 HFSS로 잘라 풉니다.
포트 기준 임피던스 50Ω과 목표 임피던스 100Ω은 같은 건가요?
다릅니다. 포트 기준 임피던스는 S-parameter를 계산하기 위한 “계측 기준”이고, 목표 임피던스는 “설계 목표”입니다. 차동 해석은 각 선을 50Ω 포트로 만들고 차동으로 묶어 100Ω 기준으로 봅니다. PDN 해석의 50Ω 포트는 Z로 바꿔 보면 결과에 영향이 없습니다.
Delta S 0.02면 정말 충분한가요?
일반 SI 해석에서 흔히 쓰는 기본값입니다. 공진이 날카롭거나 아주 작은 값(누화 −40dB 등)을 봐야 하면 더 작게(0.01 이하) 둡니다. 의심되면 기준을 낮춰 한 번 더 풀고 결과 차이를 확인합니다.
왜 Sweep을 0.1Hz 같은 아주 낮은 주파수부터 넣나요?
HFSS는 0Hz(직류)를 직접 풀지 못합니다. 그런데 TDR처럼 시간 영역으로 바꿀 때는 직류 근처 값이 있어야 기준선이 맞습니다. 그래서 아주 낮은 주파수부터 점을 넣고 툴이 직류 값을 외삽하게 합니다.
Lumped Port와 Wave Port는 언제 무엇을 쓰나요?
PCB 안쪽의 선로 끝에 붙일 때는 Lumped Port가 간편합니다(사내 매뉴얼 방식). 해석 공간 바깥면에 닿는 커넥터·케이블 단면에서는 Wave Port가 더 정확합니다(02A장).
솔더 마스크도 임피던스에 영향을 주나요?
표층(Microstrip)에서는 줍니다. 공기 대신 유전율 3~4인 마스크가 덮이면 임피던스가 몇 Ω 내려갑니다. 내층(Stripline)에는 거의 영향이 없습니다(05A장).

결과 해석

해석은 합격인데 실물에서 영상이 안 나오면 해석이 틀린 건가요?
대부분 해석이 아니라 입력이나 범위 문제입니다. 실제 두께·선폭·Dk가 입력과 다르거나(13장), 해석 범위에 커넥터·상대 보드·AP 쪽 경로가 빠졌거나, 원인이 SI가 아닌 전원 시퀀스·레인 설정·접촉일 수 있습니다. 실측 TDR과 단면 분석으로 하나씩 좁힙니다.
Return Loss 그래프에 주기적인 골이 왜 생기나요?
선로 양 끝의 작은 반사들이 특정 주파수에서 서로 상쇄되기 때문입니다. 골의 간격은 선로 길이(왕복 지연)와 관계가 있어, 간격을 보면 반사 지점 사이의 거리를 짐작할 수 있습니다.
IL이 −2dB면 신호가 얼마나 줄어든 건가요?
전압이 약 79%로 줄어든 것입니다. 200mV 스윙이면 수신단에서 약 158mV입니다(06장 LAB 02에서 바로 계산 가능).
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용어 사전

본문의 약어 풀이가 모두 이 사전에서 나옵니다.

🖱 실습 시뮬레이터 — PADS → SIwave → HFSS

1 / 1

ODB++를 불러와 직접 해석해 보기

실제 프로그램 화면을 단순화한 모형입니다. 노란 테두리를 클릭하며 따라오세요.

① PADSPour 갱신 → ODB++ v8 내보내기
›
② SIwaveImport → 스택업 → 검증 → PDN·IR Drop
›
③ HFSSPort · Mesh · Boundary · Setup → 해석
›
④ 결과RL · IL · TDR 판정 → 자유 실습
PPADS Layout — Camera_Sensor_PCB_RevA.pcb
–▢✕
Layer: TopGrid: 0.025mmReady
Length Minimization
Pour Manager…
Cluster Manager…

Verify Design…
Options…
New
Open…
Save

Import…
Export…

Exit
Pour Manager✕
FloodHatchPlane Connect
All
GND_TOP, GND_L2, AGND, DGND …
StartClose
File Export✕
D:\SIPI\Export\
Camera_Sensor_RevA.tgz
ODB++ (*.tgz) ▾
저장취소
ODB++ Export Options✕
ODB++ V8 ▾
Prefer Closed Shapes
Prefer Drill ▾
Metric (mm)
OKCancel
SAnsys SIwave 2024 R2
–▢✕
Workspace
Results / Properties
Messages
Units: mmReady
Import ODB++ Design✕
D:\SIPI\Export\Camera_Sensor_RevA.tgzBrowse…
Configure…Layers: 면 채우기 ON · Components: 부품 몸체 OFF
(없음)
ImportCancel
Layer Stackup Editor✕
Units: microns ▾ 예시 스택업 채우기Edit Material Properties…
값을 직접 고쳐도 됩니다. 여기서 입력한 L1 아래 Prepreg 두께·Dk·Df가 마지막 결과 그래프에 그대로 반영됩니다.
OKCancel
View/Edit Material✕
FR4_epoxy
Prepreg_4.2
4.2
0.012
0
OKCancel
Sanitize Layout✕
GND
AGND
VDD_CORE_0V8
VDD_IO_1V8
MIPI_* (신호선은 건드리지 않음)
SanitizeCancel
Validation Check Results✕
✔ Disjoint nets: 0
✔ Shorts between nets: 0
✔ Self-intersecting polygons: 0
✔ Misaligned vias: 0
⚠ Small voids ignored (< 2e-5 mm²): 14
Errors: 0 → 해석 진행 가능
Close
Create/Manage Pin Groups — U3 (LDO)✕
GND (6 pins)
VDD_CORE_0V8 (4 pins)
EN
→ U3_GND, U3_VDD 그룹 생성. 부하(U1 센서)에도 같은 방식으로 생성.
Create Pin Group(s)Close
Port Properties✕
Port2 (Load)
U1_VDD_CORE
U1_GND
50 Ω
OKCancel
SPICE/S-param Vendor Model Assignment✕
RefDesValuePart NumberModel
C11,C1210uF(BOM 부품번호)✔ vendor .s2p
C131uF(BOM 부품번호)✔ vendor .s2p
C14100nF(BOM 부품번호)✔ vendor .s2p
L22.2uH(BOM 부품번호)Import S-parameter… (라이브러리 없음)
BOM과 Part Number·용량을 대조하고, 라이브러리에 없으면 제조사 .s2p를 Import 후 할당.
OK
Simulation Options — SI/PI✕
Optimum Speed
Balanced
Optimum Accuracy ← 메쉬 GND가 있으면 선택
Advanced: Do not mesh voids smaller than 2e-5 mm²
OK
Compute SYZ Parameters✕
StartStopDistributionPoints/Step
10 Hz100 MHzLog, by decade50
100 MHz1 GHzLinear step0.1 MHz
Interpolating ▾
Export Touchstone (.snp) after simulation
LaunchCancel
DC IR Setup✕
TypeNamePinsValue
Voltage SourceVS_COREU3 VOUT / GND0.80 V
Current SinkCS_SENSORU1 VDD_CORE / GND120 mA
부하 전류는 센서 데이터시트의 최대(피크) 전류를 넣습니다.
Launch DC IRCancel
Export Options✕
Export selected nets only (MIPI_*, GND, AGND)
Convert mesh planes to solid (해제 — 메쉬 GND 유지)
Include pads / vias
2024 R2
Export to HFSS 3D
HAnsys Electronics Desktop 2024 R2 — [Camera_Sensor_MIPI - HFSSDesign1 - 3D Modeler]
–▢✕
Project Manager
Model Tree
Properties
Message Manager
Progress
대기 중
Select mode: Object (O) · Face (F)Ready
Lumped Port✕
D0P_Conn
50 Ω (단선)
GND_L2 (Use as Reference)
차동 쌍은 나중에 Differential Pairs로 묶어 100Ω 차동으로 봅니다. 나머지 9개 포트도 같은 방법.
OK
Element Length Based Refinement✕
Length_MIPI
0.075 mm (= 선폭)
선폭 안에 메쉬가 2개 이상 생기게 해 수렴을 돕습니다. 메모리 부족이면 선폭의 2배.
OK
Region / Boundary✕
Absolute Offset 10 mm
Radiation ▾
기본 경계(PEC)는 전자파를 전부 반사합니다. Radiation은 바깥으로 나간 파동을 흡수해 개방 공간처럼 만듭니다.
OK
Driven Solution Setup — Setup1✕
GeneralOptionsAdvanced
Multi-Frequencies
FrequencyMax Delta S
1.25 GHz (동작)0.02
5 GHz0.02
10 GHz0.02
20
OK
Edit Frequency Sweep — Sweep1✕
Interpolating ▾
DistributionStartEndPoints/Step
Log Scale0.1 Hz50 MHz50
Linear Step50 MHz1.25 GHz10 MHz
Linear Step1.25 GHz12.5 GHz10 MHz
2000
HFSS는 0Hz를 직접 못 풀어서 아주 낮은 주파수부터 넣습니다(TDR 계산에 DC 근처 값이 필요).
OK
Validation Check: HFSSDesign1✕
✔ Design Settings
✔ 3D Model
✔ Boundaries and Excitations
✔ Mesh Operations
✔ Analysis Setup
✔ Optimetrics
Validation check completed.
Close
Solutions: Setup1 : Sweep1 — Convergence✕
ProfileConvergenceMatrix DataMesh Statistics
Delta S(두 번 연속 메쉬를 다듬었을 때 S-parameter 변화량)가 목표(0.02) 아래로 내려오면 수렴입니다. 수렴하지 않고 최대 Pass에 도달하면 결과를 믿으면 안 됩니다.
Export Matrix Data… (.s20p)Close
RTerminal S Parameter Plot
–▢✕
결과 요약
교육용 단순화 모델로 계산한 결과입니다

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