PCIE PCB 설계, 핵심

PCIE PCB 설계, 핵심만 콕콕 짚어드립니다.

PCIE 인터페이스, 고성능 시스템에서 빠질 수 없는 존재죠?

이 녀석을 PCB에 제대로 구현하려면 몇 가지 중요한 포인트를 놓치지 않아야 합니다. 복잡해 보이지만, 핵심만 알면 꽤나 명쾌하게 설계할 수 있습니다.

 

1. 레퍼런스 디자인을 적극 활용하세요!

가장 빠르고 확실한 방법은 칩셋 제조사에서 제공하는 레퍼런스 디자인을 참고하는 겁니다. 이미 검증된 레이아웃과 스택업 정보를 얻을 수 있어서 시행착오를 줄여줍니다. 

 

2. 고속 신호, 임피던스 매칭은 기본 중의 기본!

PCIE는 고속 직렬 인터페이스입니다. 따라서 임피던스 매칭은 정말 중요해요! 전송 선로의 임피던스를 컨트롤러와 커넥터의 임피던스에 맞춰야 신호 반사를 최소화하고 신호 품질을 확보할 수 있습니다.

보통 디퍼런셜 90 임피던스를 기준으로 설계하며, 경우에 따라 85옴 매칭을 하기도 합니다.

적층구조에 따라서 손실이 최소화된 배선폭과 배선간격을 기준으로 임피던스를 결정하시면 됩니다.

 

3. 디퍼런셜 배선

PCIE 데이터 신호는 차동 신호 방식으로 전송됩니다. Positive(+)와 Negative(-) 신호선은 최대한 가깝게, 동일한 길이로 배치해야 노이즈에 강하고 안정적인 신호 전송이 가능합니다. 두 배선의 공차는 0.1mm 이내에서 배선하시면 좋습니다.

 

4. 스터브(Stub)는 짧게, 신호의 깔끔함을 유지

불필요하게 길게 늘어진 선로, 스터브는 신호 품질을 저하시키는 주범입니다.

최대한 짧게 처리해서 신호가 깨끗하게 전달되도록 신경 써야 합니다. 비아의 스터브도 생각하면서 배선하세요.

 

5. 접지(Ground) 설계, 탄탄하게 구축하세요!

안정적인 전원 공급과 노이즈 감소를 위해 견고한 접지면은 필수입니다. 다층 PCB를 사용하는 경우, 솔리드 그라운드 플레인을 구성하는 것이 좋습니다. 접지면은 시스템의 안정성을 책임집니다.

 

6. 디커플링 커패시터, 적재적소에 배치

전원 라인의 노이즈를 제거하고 순간적인 전력 변화에 대응하기 위해 디커플링 커패시터를 적절하게 배치해야 합니다. 특히 전원 핀 근처에 배치하는 것이 효과적이에요. 마치 응급 구급상자처럼, 필요한 순간에 즉시 전력을 공급해 줄 수 있어야 합니다.

 

7. 신호선 간 간격 유지, Crosstalk를 방지하세요!

인접한 신호선 간의 간격이 너무 좁으면 Crosstalk라는 원치 않는 신호 결합이 발생할 수 있습니다. 적절한 간격을 유지해서 신호 간의 간섭을 최소화해야 합니다. 마치 옆 사람과의 적절한 거리 유지처럼, 신호선 사이에도 적당한 거리가 필요합니다.

 

8. 커넥터 배치, 신중하게 결정하세요!

PCIE 커넥터의 위치와 방향은 신호 품질과 시스템의 물리적인 구조에 영향을 미칩니다. 신호선 길이가 최소화되도록, 그리고 다른 부품과의 간섭을 고려해서 신중하게 배치해야 합니다. 마치 가구를 배치할 때 동선을 고려하는 것처럼, 커넥터 배치도 전체적인 흐름을 고려해야 합니다.

 

9. 시뮬레이션, 설계 검증의 필수 과정!

설계가 완료되기 전에 신호 무결성(SI) 및 전력 무결성(PI) 시뮬레이션을 수행하여 잠재적인 문제를 미리 파악하고 수정하는 것이 중요합니다. 마치 건물을 짓기 전에 구조 검토를 하는 것처럼, 시뮬레이션은 설계의 안전성을 확인하는 과정입니다.

 

10. 꾸준한 학습과 정보 습득!

PCIE 기술은 계속 발전하고 있습니다. 최신 규격과 설계 트렌드를 꾸준히 학습하고 정보를 습득하는 자세가 중요해요. 마치 운동선수가 끊임없이 훈련하는 것처럼, 엔지니어도 꾸준히 배우고 발전해야 합니다.

 

PCIE PCB 설계는 섬세함과 꼼꼼함이 요구되는 작업이지만, 위에 언급된 핵심 사항들을 잘 이해하고 적용한다면 성공적인 결과를 얻을 수 있을 것입니다.  수정이 필요한 내용이 있다면, 댓글 달아주시면 업데이트 하도록 하겠습니다.

감사합니다.