배치 원칙

한 줄 요약 — 배치가 배선(trace)보다 중요합니다. 신호 흐름대로, 노이즈원은 멀리, 루프는 작게.

배치 순서

커넥터·고정 부품 (기구 제약)
큰 부품 (IC, 전원 모듈, 방열)
전원 블록 (핫 루프 최소)
신호 블록 (신호 흐름대로)
디커플링 (IC 핀 바로 옆)
나머지 소자

원칙 1 — 신호 흐름대로

신호가 보드 위에서 되돌아오지 않게 왼쪽에서 오른쪽으로 한 방향으로 흐르게 놓습니다. 되돌아오면 출력이 입력 옆을 지나가면서 결합합니다.

되돌아가는 배선이 없게 배치하면 크로스토크(crosstalk)크로스토크 crosstalk옆 배선의 신호가 용량이나 자기장을 타고 내 신호에 섞여 들어오는 것입니다.자세히 보기 →와 배선 길이가 자동으로 줄어듭니다.

원칙 2 — 영역 분리

보드를 소음 수준으로 세 구역으로 나눕니다. 왼쪽이 가장 조용하고 오른쪽이 가장 시끄럽습니다.

구역	들어가는 것	성격	왜 이 자리인가
아날로그 (왼쪽)	AFE, ADC	민감함 — µV 신호를 다룸	잡음원에서 가장 멀리
디지털 (가운데)	MCU, 로직	중간 — 스위칭 전류가 있음	완충 지대
전원 (오른쪽)	레귤레이터, 인덕터	발생원 — 스위칭 노이즈의 근원	아날로그에서 가장 멀리

세 구역 사이는 20 mm 이상 띄우고, 구역을 가로지르는 배선을 만들지 않습니다.

분리 거리: 최소 5~10 mm, 가능하면 더 멀리 (자기장은 $1/r^3$ )

⚠️ 영역을 나눈다는 것은 “플레인(plane)을 자른다”는 뜻이 아닙니다. 플레인은 연속으로 두고, 부품 배치와 전류 경로로 분리합니다 (12-05).

원칙 3 — 루프 면적 최소화

루프	최소화 방법
전원 핫 루프 (스위칭)	입력 커패시터(capacitor)를 IC 핀 옆에, 최단 경로
디커플링 루프	커패시터를 IC 옆, via-in-pad
측정 입력 루프	신호와 리턴을 나란히, 짧게
부하 전류 루프	배선을 나란히

V_{induced} \propto A\frac{dB}{dt}, \qquad L_{loop} \propto A

기호

A이득gain

B대역폭 또는 자속밀도bandwidth or flux density

d거리 또는 두께distance or thicknessm

L_loop인덕턴스 (loop)inductance (loop)H

t시간times

V_induced전압 (induced)voltage (induced)V

원칙 4 — 노이즈원과 피해자를 멀리

노이즈원	피해자	최소 거리
스위칭 레귤레이터(regulator)스위칭 레귤레이터 switching regulator전압을 열로 버리는 대신 빠르게 껐다 켜서 바꾸는 방식으로, 효율은 높지만 잡음을 만듭니다.자세히 보기 → 인덕터	AFE	20 mm+
클럭 발진기	아날로그 입력	10 mm+
모터 드라이버	측정 회로	가능한 한 멀리
USB/이더넷 커넥터	아날로그	10 mm+
전원 변압기	전부	별도 영역

💡 자기장은 거리의 3제곱으로 감소하므로 거리가 매우 효과적입니다. 2배 멀리 = 8배 감소.

원칙 5 — 특수 부품 배치

부품	배치 규칙
디커플링 커패시터(decoupling capacitor)디커플링 decoupling소자 바로 옆에 둔 커패시터가 순간 전류를 대신 대 주어 전원이 출렁이지 않게 합니다.자세히 보기 →	IC 전원핀에서 2 mm 이내 (08-04)
크리스털	MCU 핀 바로 옆, 아래 가드, 다른 신호 없게
TVS/ESD	커넥터 바로 옆, 접지까지 최단
기준전압(voltage reference) IC	발열 부품에서 멀리, 온도 안정
고임피던스 노드	최단, 가드링(guard ring)가드링 guard ring고임피던스 노드를 같은 전압의 링으로 둘러싸 표면 누설을 없애는 기법입니다.자세히 보기 →, 아래 플레인 제거
션트 저항	켈빈 연결(Kelvin connection) 가능하게
방열 부품	가장자리, 공기 흐름
온도 센서	측정 대상 가까이

★ 측정 시스템의 배치 예

전원 영역(벅, LDO, 차폐 인덕터)은 이 흐름과 떨어진 자리에 따로 둡니다. 스위칭 인덕터의 자기장은 거리의 세제곱으로 줄어들기 때문에, 몇 mm 옮기는 것만으로 큰 차이가 납니다.

열 배치

원칙	이유
발열 부품을 가장자리에	방열 유리
발열 부품 아래 구리 면적 확보	SMD의 방열판은 PCB
써멀 비아(thermal via)	반대면으로 열 전달
온도 민감 부품(기준전압, 크리스털)을 멀리	드리프트
공기 흐름 방향 고려

⚖️ 배치 트레이드오프

선택	✅	⚠️
영역 분리 (멀리)	간섭(interference)↓	보드 면적↑, 배선 길이↑
조밀 배치	작고 저렴, 배선 짧음	간섭↑, 발열 집중
디커플링 최근접	인덕턴스(inductance)↓	배치 제약
부품을 양면에	면적 절감	조립 비용↑, 열 관리
커넥터를 한쪽에	기구 편의	신호 흐름이 꼬일 수 있음

🔌 배치 체크리스트

⚠️ 이상과 실제의 차이

이상	실제
배치는 미관 문제	성능을 결정
배선만 잘하면 됨	배치가 배선을 결정
자동 배치로 충분	아날로그·전원은 수동 배치 필수
회로도가 같으면 성능 같음	배치에 따라 10~100배 차이

연습문제

문제 1. 스위칭 레귤레이터와 계측 증폭기(instrumentation amplifier)계측 증폭기 instrumentation amplifier두 입력 모두 임피던스가 높으면서 차동만 증폭하는 구조로, 전극 측정의 표준 첫 단입니다.자세히 보기 →를 5 mm 간격으로 배치했더니 간섭이 큽니다. 20 mm로 늘리면?

연습 15-01-1 — 5 mm 를 20 mm 로 늘리면 간섭이 얼마나 주나워크벤치에서 열기 →

풀이

자기장 결합(coupling)은 대략 거리의 3제곱에 반비례합니다.

\left(\frac{20}{5}\right)^3 = 64배 \text{ 감소} = -36\ \text{dB}

36 dB 개선. 다른 어떤 대책보다 효과적일 수 있습니다.

추가 개선:

차폐형 인덕터 (10~20 dB)
두 회로의 루프 면적(loop area)루프 면적 loop area가는 길과 오는 길이 감싸는 넓이로, 이것이 곧 안테나 크기이므로 좁힐수록 잡음이 줍니다.자세히 보기 → 축소
그 사이에 접지 영역

문제 2. 전극(electrode) 커넥터를 보드 한쪽 끝에, AFE를 반대쪽에 배치했습니다. 문제는?

exercises/15-01-connector-distance.yaml

풀이

고임피던스 신호가 보드 전체를 가로지릅니다.

문제:

기생 용량(parasitic capacitance)기생 용량 parasitic capacitance부품·배선·케이블이 원치 않게 갖는 커패시턴스로, 고임피던스 신호원에서 대역폭을 가장 먼저 잡아먹습니다.자세히 보기 → — 100 mm 배선이면 10~30 pF → 대역폭(bandwidth) 붕괴 (11-04)
간섭 픽업 — 긴 고임피던스 배선은 안테나
크로스토크 — 다른 신호와 결합
표면 누설 경로가 김

해결: AFE(최소한 버퍼)를 커넥터 바로 옆에 배치

버퍼를 최대한 앞에 두는 이유가 이것입니다. 고임피던스 구간이 짧을수록 기생 용량과 누설이 손댈 여지가 줄어듭니다.

고임피던스 구간을 최대한 짧게 하고, 즉시 저임피던스로 변환하는 것이 원칙입니다 (2-06).

다음 → 02 디커플링을 어디에 두는가