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title: "전송선로와 특성 임피던스: 배선에 파동 모델이 필요한 순간"
author: "Effort Chung"
published_at: "2026-10-02T12:49:02.521Z"
updated_at: "2026-09-30T11:30:50.555Z"
tags: ["전자공학","전자공학용어"]
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# 전송선로와 특성 임피던스: 배선에 파동 모델이 필요한 순간

[원문](https://ariser.io/@writer_4f1801cebda5/%EC%A0%84%EC%86%A1%EC%84%A0%EB%A1%9C%EC%99%80-%ED%8A%B9%EC%84%B1-%EC%9E%84%ED%94%BC%EB%8D%98%EC%8A%A4-%EB%B0%B0%EC%84%A0%EC%97%90-%ED%8C%8C%EB%8F%99-%EB%AA%A8%EB%8D%B8%EC%9D%B4-%ED%95%84%EC%9A%94%ED%95%9C-%EC%88%9C%EA%B0%84)

짧고 느리게 변하는 회로에서는 두 점을 연결한 배선의 전압이 거의 동시에 변한다고 가정해도 된다. 그러나 신호의 변화가 충분히 빠르거나 배선이 길면 전자기 에너지가 전달되는 시간이 무시되지 않는다. 이때 도착 전의 수신기는 아직 이전 상태에 있고, 선로의 각 위치는 서로 다른 전압과 전류를 갖는다. 전송선로 모델은 이런 공간적 차이를 다루기 위해 배선을 분포된 인덕턴스와 커패시턴스로 표현한다.

### 특성 임피던스는 전선의 직류 저항이 아니다

단위 길이당 인덕턴스를 L′[H/m], 커패시턴스를 C′[F/m]로 두면, 손실이 작은 균일 선로의 특성 임피던스는 Z0≈√(L′/C′)[Ω]다. 진행하는 파동의 전압과 전류 비를 나타내며 배선과 리턴 도체의 기하 구조, 유전체에 의해 결정된다. 50Ω 선로를 저항계로 쟀을 때 50Ω이 나온다는 뜻은 아니다. 도체의 직류 저항은 훨씬 작을 수 있다. 무한히 긴 선로나 같은 임피던스로 종단된 선로를 바라보면 입력에서 Z0의 비로 에너지가 계속 전달되는 것이다.

저손실 모델의 전파 속도는 vp≈1/√(L′C′)[m/s], 길이 ℓ의 단방향 지연은 td=ℓ/vp[s]다. 저항 R′와 유전체 손실을 나타내는 컨덕턴스 G′까지 포함하면 Z0=√((R′+jωL′)/(G′+jωC′))로 주파수에 따른 복소수가 된다. 선로를 하나의 집중 커패시터로 대신하는 근사는 이 분포된 변화가 충분히 느릴 때에만 적절하다. 구리의 저항만 줄이는 것으로 모든 고속 신호 문제를 해결할 수 없는 이유다.

### 클록 주파수보다 상승 시간을 먼저 비교한다

전파 속도를 1.6×10^8m/s로 가정한 15cm 선로의 td는 약 0.94ns이며 왕복 지연은 약 1.88ns다. 신호의 상승 시간이 1ns라면 파형이 올라가는 동안 아직 선로 전체와 반사 경로가 반응하지 못한다. 1MHz 클록이라도 이러한 빠른 에지에는 전송선로 효과가 중요할 수 있다. 반대로 같은 배선에 매우 느린 전압 변화만 있으면 집중 소자 근사가 유용해질 수 있다. 지연이 상승 시간에 비해 얼마나 작은지와 허용 파형 오차로 판단해야 하며, 특정 길이를 넘으면 갑자기 다른 종류의 배선이 되는 것은 아니다.

### 종단에서 진행파의 비가 맞지 않으면 반사가 생긴다

부하 임피던스 ZL과 선로 Z0가 다르면 부하에서 전압과 전류의 경계 조건을 맞추기 위해 반사파가 발생한다. 전압 반사계수는 ΓL=(ZL−Z0)/(ZL+Z0)다. 부하가 Z0와 같으면 ΓL=0으로 반사가 없고, 이상적인 개방은 +1, 단락은 −1이다. 개방에서 전압 파동이 같은 부호로 반사되는 동안 전류 파동은 반대 부호가 되어 단자 전류가 0이 된다. 전압만 보고 ‘에너지가 두 배 생겼다’고 해석하면 전류의 변화와 경계 조건을 놓친다.

3.3V 계단 신호를 출력 저항 Rs=50Ω인 소스가 Z0=50Ω 선로로 보낸다고 하자. 처음 출발하는 진행파의 전압은 3.3·50/(50+50)=1.65V다. 끝이 이상적으로 개방되어 있으면 한 번의 지연 뒤 수신점에서 진행파와 반사파가 더해져 3.3V가 된다. 반사파가 소스로 돌아오면 Rs=Z0이므로 소스에서 재반사되지 않는다. 이 예는 개방 부하와 일치하는 소스 저항이라는 특정 조건의 결과이며, 모든 선로에서 파형이 같은 과정으로 정착한다는 뜻은 아니다.

### 임피던스 제어와 종단은 연결 구조에 맞춘다

부하 쪽에 Z0에 맞는 병렬 종단을 두면 수신점 반사를 줄일 수 있지만, 직류 전압이 걸리는 구조에서는 지속적인 전력 소비가 생긴다. 소스 쪽 직렬 저항을 이용한 종단은 일부 점대점 구조에서 효과적이지만 중간 수신 지점이나 여러 갈래가 있으면 파형을 별도로 검토해야 한다. 입력 커패시턴스와 커넥터, 비아, 스텁도 주파수에 따른 불연속을 만든다. 따라서 종단 저항 한 개의 값만 맞추는 것으로 전체 경로를 항상 설명할 수는 없다.

PCB 선로의 폭, 기준 평면까지의 거리, 유전체 특성은 임피던스를 결정한다. 같은 폭이라도 층 구조가 바뀌면 값이 달라지고, 리턴 평면의 틈은 경로와 임피던스를 동시에 흔든다. 실제 설계에서는 제작사의 적층 조건과 수신기의 문턱, 구동기의 에지 특성, IBIS 같은 모델을 함께 사용한다. 전송선로 개념은 배선을 이상적인 연결에서 유한한 속도로 에너지를 전달하는 구조로 바꾸어 보는 관점이다.

### 참고 자료

- [Texas Instruments AN-806: Data Transmission Lines and Their Characteristics](https://www.ti.com/lit/an/snla026a/snla026a.pdf)
- [Texas Instruments: Using IBIS Models to Investigate Signal-Integrity Issues](https://www.ti.com/lit/pdf/slyt413)