- Impedance(인피던스, 온저항)에 대해 간단히
- Impedance mismatch에 대해 + 원인
- 특성 Impedance(인피던스, 온저항)
- Impedance(인피던스, 온저항), Resistor, Capacitor, Inductor
Impedance(인피던스, 온저항)에 대해 간단히
간단히 인피던스는 교류에서의 물질이 갖는 저항값이다.
전기, 전자기파가 매질 간의 이동을 할 때, 인피던스 차이로 인해 손실이 발생하지 않게끔 디자인 해준다.
<굴절, 파에 대해>
- 굴절이 일어날 때, 파동의 진동수는 일정하게 유지되며 파장이 변화함으로써 속도가 변화한다.
- 굴절률 = c (진공에서의 광속) / v (매질에서의 광속)
- 파장 = 속도 / 진동수
서로 다른 두 회로를 연결할 때는 각 회로의 온저항을 같게 해주는 것이 원칙이다.
온저항의 다름으로 전자기파의 반사/열발생 등으로의 에너지 손실이 일어난다.
Impedance mismatch에 대해 + 원인
- 시그널은 온전한 파워로 보내기 위해선 impedance 매치가 필요하다
- junction에서 임피던스 차이로 에너지(wave)가 반사되며 에너지 손실 가능
- 임피던스 매치가 안될 경우, 에너지의 반사, 에너지가 열로써 손실 등으로 전달 에너지가 손실된다. -> 시그널 퀄리티 감소
Mismatch 원인
Signal pad (S), Transmission pad (T)
S:T = 1:4 (return loss of 5-10 dB), S:T=1:1.6 (return loss of 10-15 dB), 1:1 ( > 30 dB)
- 같은 너비, 알맞은 두께 비율이 아닐 시, mismatch의 원인이 되어 에너지(dB) 손실이 발생한다.
- Input 인피던스와 output 인피던스가 다를 때, 에너지가 진동하며, 파형으로 온다면, 임피던스 미스매치는 junction에서 발생한다.
특성 Impedance(인피던스, 온저항)
특성 임피던스
- 신호주파수가 높아질수록 파장이 짧아진다. 10GHz의 신호의 파장은 자유공간에서는 3cm가 되지만, 유전체 매질을 가진 기판상에서는 ‘유전율’의 ‘루트’배 만큼 짧아진다.
- AC신호의 파장 대비 신호가 전달되는 송전 선로의 길이를 비교했을 때, 1/10이상일 경우 ‘전송선로’로 취급하고, 이 ‘전송선로’가 가지는 고유한 ‘임피던스’가 바로 ‘특성 임피던스’가 되고, 이 ‘임피던스’는 전압과 전류의 비가 아니라 선로의 구조와 유전률 같은 구성 매질의 특징만으로 결정된다. 예) 무선신호의 RF 케이블, 구조(도체 두께, 내부도체와 외부도체 간의 간격), 매질(도체 사이를 채우고 있는 유전물질).
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- 파장x주파수=광속
- 1/10: 선로의 길이가 AC신호의 파장에 비해 상대적으로 무시할 수 없게 되면 신호가 전달되는데 무시할 수 없는 시간지연이 생기고, 서로 다른 경로를 통해 들어온 신호끼리 합쳐지는 경우와 같은 상황에서 기존의 회로 해석방법으로는 (쇼트, 인덕터) 잘못된 결과가 나오기 때문이다. = 분산정수회로 (distributed constant circuit)
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Impedance(인피던스, 온저항), Resistor, Capacitor, Inductor
인피던스는 교류에서의 저항(우리가 보통 아는 저항은 직류에서만)
인피던스, Z=R+jwL+1/jwC 로 표현했을 경우, 계산법은 저항과 동일
인피던스는 멀티미터가 아닌, TDR 미터 or Vector Network Analyzer로 측정
전력을 소모하는 R, resistance. 전력을 저장했다가 다시 토해내는 X, reactance.
Resistor(저항, R)는 X=0인 ‘임피던스 소자’. Capacitor(캐패시터, C) or Inductor(인덕터, L)는 R=0인 ‘임피던스 소자’.
마치며
‘시간지연’이 생기는 이유: AC 신호가 유한한 속도로 전달 (공기나 진공 중에서는 광속도로, 유전율을 가진 매질 내에서는 광속도 보다 느린 속도로) 되고, 신호의 크기에만 영향을 주는 ‘저항’과 달리 ‘캐패시턴스’나 ‘인덕턴스’는 신호의 크기뿐 아니라 이 AC 신호의 흐름을 시간적으로 지연시키는 특성을 가진다. 주파수가 달라지면 전압이나 전류에 저항하는 크기도 변하기 때문이다. ‘캐패시터’의 전압은 순간적으로 변하지 못하고 서서히 충전을 하면서 전압이 높아지고. ‘인덕터’를 흐르는 전류 역시 순간적으로 변하지 못해 이들 소자들로 구성된 회로를 통과하면서 AC신호의 전달이 ‘지연’된다.
임피던스는 임피던스 매칭이라는 효율적인 신호전달을 위해 필요한 개념이고, Load impedance / Source impedance, 부하 뿐 아닌 신호원도 임피던스를 갖는다.
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