경북대는 전자공학부 김강욱 교수팀이 디지털 신호를 기존 선로에 비해 4배 이상 빠르게 전송할 수 있는 차세대 초고속 전송선로 구조를 개발했다고 12일 밝혔다.
4차 산업혁명이 본격화되면서 인공지능, 자율주행, 가상공간 등의 고성능 IT 기술이 고도화되고 이로 인한 고용량 데이터 전송 수요가 가파르게 상승하고 있다. 고용량 디지털 데이터를 우수한 품질을 유지하며 고속으로 전송하기 위해서는 초광대역의 주파수 대역폭이 필요하다.
현재 대부분의 고속 디지털 신호는 차동선로(differential line)를 사용해 차동신호(differential signaling)의 형태로 전송된다. 차동선로는 제작이 용이하고 다양한 칩과 같은 소자를 집속하기 유리해 대부분의 고속 디지털 회로에 사용되고 있다.
하지만 차동선로는 주파수 대역이 10㎓ 이상 높아질수록 곡선선로, 기판 층간이동 등에 의해 발생하는 선로길이 차이로 차동신호 간 위상의 뒤틀림 현상(Skew 현상)이 생겨 공통모드 신호에 의한 신호왜곡 및 전자파 간섭이 발생하게 된다.
또 기존 차동선로는 근접선로에 의해 불균등한 신호 간섭을 받게 된다. 현재 기존 차동선로는 고용량 디지털 데이터를 전송하기 위해 이미 최대용량으로 사용하고 있지만 10㎓ 이상의 주파수대역에서 사용하기 힘들며 차세대의 초고속 디지털 신호 전송을 담당하기에는 근본적인 한계가 있다.
김 교수팀은 평형선로(balanced line)를 사용해 복잡한 디지털 회로 환경에서도 초광대역의 주파수 대역폭을 유지해 초고속 디지털 신호 전송이 가능한 차세대 디지털 전송선로를 개발했다. 이 전송선로는 40㎓ 이상의 주파수대역을 가질 뿐만 아니라 기존 전송선로의 최대 단점인 차동신호의 위상 뒤틀림 현상을 스스로 회복할 수 있어 위상 불균형을 최소화한다.
또 기존 차동선로로부터 최적으로 평형선로로 연결되는 구조이기 때문에 기존 회로기판과 호환이 되고 기판 상에서 차지하는 면적도 작다. 특히 이 구조는 차세대 초고속 인터페이스에도 적용될 수 있어 전송속도가 최대화되는 다양한 응용부품을 구현할 수 있다. 김 교수팀은 개발된 전송선로의 초광대역 주파수 대역폭과 ‘16-QAM’방식 변조를 활용하면 200Gbps급의 초고속 디지털 신호 전송이 가능하면서도 더 소형화된 기판으로 구현이 가능하다고 설명했다.
김강욱 교수는 “개발된 전송선로는 기존 선로의 근본적인 단점을 보완하면서도 성능을 최대화해 40㎓ 이상의 주파수대역으로서 200Gbps급의 디지털 신호를 전송할 수 있게 설계됐다”며 “특히 평형선로의 장점을 최대화하는 연결 구조를 개발해 기존 선로의 최대 단점인 위상 뒤틀림 현상과 전자파 간섭을 최소화했다”고 말했다. 이어 개발된 구조를 회로기판 구현에 적용하게 되면 향후 5세대 통신 이후의 초고속 디지털 데이터 전송기술을 선점할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
이번 연구 결과는 9월 국제저명학술지인 센서(Sensors)지에 게재됐다. 현재 국내 및 해외 특허 출원을 진행 중이다.
대구=최일영 기자 mc102@kmib.co.kr
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