시스템 중단 시키는 파워레일 노이즈 해결책은?

리니어 전원에서 스위칭 전원으로, 실리콘에서 WBG 반도체(GaN·SiC)로의 전환이 빠르게 진행되며 전원 무결성(Power Integrity)이 전력전자 설계의 핵심 과제로 부상하고 있다. 키사이트테크놀로지스는 이호중 대리는 이 같은 흐름에 대응한 고성능 파워 측정 솔루션을 제시하며, “전원 품질도 정밀하게 측정·해석하는 시대가 왔다”고 강조했다.

“과거에는 5V ±10% 정도의 여유가 있었지만, 최근에는 1.8V ±1~3% 수준으로 마진이 극단적으로 좁아졌습니다. 이제는 미세한 노이즈 하나가 전체 시스템 신뢰성에 영향을 줄 수 있다고 봐도 과언이 아니니까요.” (키사이트 기술지원팀 대리)

고속 스위칭 소자에 대응하는 고해상도 측정 필요
스위칭 속도가 수백 kHz에서 수 MHz로 높아짐에 따라, 측정 장비의 대역폭과 해상도 역시 새로운 요구 조건이 되고 있다. 이 대리는 “WBG 반도체는 스위칭 주파수가 실리콘 대비 수십 배 빠르기 때문에, 파형 캡처 및 해석을 위한 오실로스코프 대역폭도 충분히 높아야 한다”고 말했다.

이를 위해 키사이트는 최대 2GHz 이상의 대역폭과 1.1:1 어테뉴에이션 비율을 제공하는 파워레일 전용 프로브(N7020A, N7024A)를 제안하고 있다. 특히 N7024A는 6GHz 대역폭과 낮은 노이즈 플로어를 지원해 “67% 이상의 노이즈 저감 효과를 제공한다”고 밝혔다.
 
전압만이 아닌 전류 무결성도 필수 요구사항
정밀한 전류 측정 역시 필수다. 이 대리는 “기존 클램프온 프로브는 기본적으로 수 mA의 노이즈를 내포하고 있어 슬립 커런트나 저전류 측정엔 한계가 있다”며, “N2820A와 같은 션트 방식 고감도 프로브는 최소 100nA까지 정확한 측정이 가능하다”고 설명했다.

또한, 고속 동작 전원에서 발생하는 Ripple, Efficiency, PSRR, SOA 등 다양한 파라미터 분석도 하나의 오실로스코프 소프트웨어에서 통합 지원한다. “단순한 파형 보기에서 벗어나, 분석용 소프트웨어로 측정 항목을 확장해야 하는 시점”이라는 설명이다.

전원 품질, 이제 설계 단계부터 고려해야
이 대리는 “과거에는 전원 품질이 부품 단위 이슈였다면, 지금은 보드 전체의 동작 안정성을 좌우하는 핵심 설계 요건”이라며, “파워레일 측정은 단순 테스트가 아닌 시스템 수준의 신뢰성 확보 작업”이라고 강조했다.

또한 “측정 과정에서 발생하는 노이즈를 제거하거나 오실로스코프의 환경적 변수를 보정할 수 있는 기능이 반드시 필요하다”며, 키사이트의 파워 인테그리티 측정 소프트웨어는 “FFT 분석, 마스크 테스트, 디지털 보정 기능까지 탑재해 복잡한 전원 환경에서도 정확한 진단을 가능하게 한다”고 덧붙였다.