고속 전송 커넥터의 신호 무결성(SI) 평가란?
고속 디지털 신호 전송에서 커넥터는 신호 품질을 좌우하는 매우 중요한 요소입니다. 특히 PCIe Gen5/Gen6, USB4, DisplayPort 등의 고속 인터페이스에서는, 커넥터 하나하나의 미세한 특성 차이가 시스템 전체의 신호 무결성(SI) 여유도 및 규격 적합성에 직접적인 영향을 미칩니다.
본 기사에서는 커넥터의 신호 무결성(SI) 평가의 기초부터 주요 측정 기법 및 평가 지표를 정리하고, 당사의 CABLINE® 시리즈를 중심으로 고속 통신이 요구되는 애플리케이션에서 수요가 증가하고 있는 고속 전송 커넥터 평가의 핵심 사항과 I-PEX의 SI 테스트 보드 라인업도 소개합니다.
1. 신호 무결성 평가란
신호 무결성(Signal Integrity, 이하 SI) 평가란, 고속 전기 신호가 전송 경로(커넥터, 케이블, 기판 배선 등)를 통과할 때 파형이나 타이밍이 얼마나 정확하게 유지되는지를 정량적으로 평가하는 기술입니다.USB, PCIe, HDMI 등의 고속 인터페이스가 보편화된 오늘날에는 커넥터 하나의 특성이 제품 전체의 통신 품질에 직결됩니다.
커넥터 평가 시에는 주로 다음과 같은 요인들이 SI를 저하시킵니다.
- ・특성 임피던스 불일치로 인한 반사
・인접 핀 간의 크로스 토크 (NEXT / FEXT)
・도체 손실 및 유전체 손실에 의한 삽입 손실
・차동 쌍 내 스큐 및 공통 모드 변환
고속화 및 고밀도화가 진행되고 있는 현재, 커넥터 자체의 SI 특성을 정확하게 추출하여 평가할 수 있는지 여부가 설계 품질과 개발 효율을 좌우합니다.
2. 대표적인 업계 규격
커넥터의 SI 특성은 고속 전송에서 매우 중요하며, 용도에 따라 다음의 업계 단체 및 규격에서 성능 요건과 평가 방법이 정의되어 있습니다.
| PCI-SIG | PCI Express (Gen4 / Gen5 / Gen6) |
| USB-IF | USB4, USB Type-C |
| MIPI Alliance | D-PHY, A-PHY, C-PHY, M-PHY |
3: SI 평가에 필요한 측정 기기 및 지그
커넥터 평가에서는 일반적으로 다음 중 VNA, 픽스처, 디임베딩 도구를 사용하는 것이 일반적입니다.
| Equipment | Main Applications | Features |
| VNA (Vector Network Analyzer) |
S-파라미터 전반에 걸친 측정 | 가장 기본적인 SI 측정 도구 |
| TDR Oscilloscope | 특성 임피던스 프로필 시각화 |
불연속점의 위치를 파악하는 데 효과적 |
| Fixtures (SI test boards, adapters, etc.) |
측정용 인터페이스 | 제품 및 대상 주파수에 따라 맞춤 설정 |
| De-embedding tool | 커넥터 자체의 특성 추출 | 평가 보드 및 지그의 영향을 제거 |
| BERT (Bit Error Rate Tester) |
실제 신호에서의 오류율 측정 | 실제 사용 환경에 가까운 평가가 가능 |
| Real-time oscilloscope | 아이 다이어그램, 지터 분석 | 시간 영역에서 파형을 상세히 분석 |
특히 고속 전송의 경우, SI 테스트 보드의 설계 품질 자체가 측정 결과에 큰 영향을 미칩니다.
4. 주요 측정 매개변수
| Parameters | Description |
| Return Loss | 입출력 포트에서의 신호 반사량. 임피던스 불일치의 정도를 나타낸다. 반사량을 나타내는 지표. 일반적으로 절대값이 클수록(음의 값이 클수록) 양호. |
| TDR (Time Domain Reflectometry) |
시간 영역에서 특성 임피던스의 불연속성을 위치와 크기로 파악. |
측정 예시: NOVASTACK® 35-HDP
| Parameters | Description |
| Insertion Loss | 커넥터를 통과할 때 발생하는 신호 손실. 주파수가 높을수록 증가하는 경향 |
| NEXT, FEXT / Near-End and Far-End Crosstalk | 인접 핀 간의 크로스 토크. NEXT(근단)와 FEXT(원단)의 두 가지 유형을 측정 |
| Eye Diagram | 디지털 신호를 중첩하여 평가. 아이 패턴의 크기를 통해 신호 품질 및 전송 마진을 평가 |
고속 차동 전송용 커넥터의 경우, 저손실 및 저크로스톡 특성을 고주파 대역까지 안정적으로 유지할 수 있는지가 평가의 핵심입니다.
| 차동 페어 내의 스큐 | 페어 내 스큐란 차동 페어 내의 양극 및 음극 신호선 간의 타이밍 차이를 말하며, 전기적 길이의 불일치나 불균등한 전송지연으로 인해 발생합니다. |
| 전송지연/딜레이 （Propagation Delay） |
신호가 기판상의 드라이버에서 리시버에 도달하기까지 걸리는 시간으로, 고속·고밀도 배선에서 발생하는 타이밍 오류 및 데이터 전송 오류의 주된 원인. |
5. 고속 전송 커넥터 평가에서 SI 테스트 보드의 중요성
SI 테스트 보드와 관련하여, 고속·고밀도 커넥터를 정확하게 평가하기 위해서는,
-
・특성 임피던스가 제어된 전송선로
・저손실 기판 재료 선정
・디임베딩을 전제로 한 고정 장치 설계
는 필수적입니다.
I-PEX의 SI 테스트 보드는 고속 차동 전송 평가에 최적화된 설계를 통해,
-
・커넥터의 본래 SI 특성을 높은 재현성으로 측정
・타사 제품과의 객관적인 특성 비교
을 가능하게 합니다.
I-PEX에서는 각 커넥터 시리즈의 특성을 반영한 SI 테스트 보드를 라인업하고 있습니다.
세선동축 커넥터 CABLINE® 시리즈
CABLINE® 시리즈는 PCIe, USB4, DisplayPort 등의 고속 차동 신호를 얇은 동축 케이블로 전송하는 용도로 설계된 커넥터입니다.
주목할 점
- ・삽입 손실: 얇은 선 동축 하네스에서 고주파 손실 평가
- ・차동 쌍 내 스큐: 고속 차동 전송 시 전파 지연 차이 확인
CABLINE®의 SI 테스트 보드는 실제 케이블 연결 조건을 고려한 측정 환경을 재현함으로써, 실제 사용 환경에 가까운 SI 평가를 가능하게 합니다.
기판 대 기판(FPC) 커넥터 NOVASTACK® 시리즈
NOVASTACK® 시리즈는 기판 대 기판(FPC) 연결에 사용되는 다핀·고밀도 커넥터입니다. 이 시리즈의 SI 평가에서는 커넥터 자체뿐만 아니라 배선 밀도의 영향을 포함한 종합적인 평가가 중요합니다.
주목할 점
- ・크로스톡(NEXT / FEXT): 인접한 대향 핀 간의 간섭 평가
- ・삽입 손실: FPC 연결 시 고주파 손실 평가
NOVASTACK®의 SI 테스트 보드는 고밀도 배선을 전제로 한 차동 배선 설계를 통해, 실제 사용 환경에 가까운 SI 평가가 가능합니다.
FPC/FFC 커넥터 EVAFLEX® 시리즈
EVAFLEX® 시리즈는 FPC/FFC를 이용한 연결에 대응하는 커넥터로, 가동부나 슬림형 실장이 요구되는 기기에서 널리 사용됩니다.
주목할 점
- ・특성 임피던스 변동 파악: FPC/FFC의 굽힘 및 배선 구조에 따른 영향 확인
- ・삽입 손실: FPC/FFC 연결 시 고주파 손실 평가
EVAFLEX®의 SI 테스트 보드는 FPC/FFC의 연결 조건을 고려한 배선 설계를 통해 실제 사용 환경을 가정한 SI 평가를 실현합니다.
RF 커넥터 MHF® 시리즈
MHF® 시리즈는 안테나 연결 등에 사용되는 고주파 동축(RF) 커넥터로, RF 특성에 초점을 맞춘 평가가 중요합니다.
주목해야 할 점
- ・반사 손실/VSWR: 사용 대역에서의 특성 확인
MHF®의 SI 테스트 보드는 고주파 측정을 전제로 한 기판 설계를 통해 RF 용도에 적합한 특성 평가가 가능합니다.
이처럼 평가 대상인 커넥터 시리즈에 최적화된 SI 테스트 보드를 사용함으로써, 최적의 고속 전송 평가가 가능해집니다.
6. 고속 전송 커넥터 평가는 「평가환경」까지 포함하여 고려해야 한다
고속 전송 커넥터의 성능을 올바르게 평가하기 위해서는, 고속화가 진행될수록 평가 결과가 평가 환경의 영향을 받기 때문에, 커넥터 자체의 성능뿐만 아니라 SI 테스트 보드 및 측정 기법을 포함한 평가 환경도 중요합니다.
I-PEX에서는 커넥터 설계는 물론, SI 테스트 보드 및 측정 노하우를 포함한 종합 평가 솔루션을 제공하고 있습니다. 평가와 관련하여 어려움이 있으시면 언제든지 편하게 상담해 주십시오.
