연선 케이블 임피던스 (Twisted Pair Cable Impedance) 계산

두 개의 도체를 사용하여 만든 전기 신호 라인인 연선(TP, Twisted Pair) 케이블은 가장 효과적인 신호 전송선으로, 방사 EMI(Radiated EMI, 전자기 간섭)를 줄이고 수신 EMI (Received EMI)의 영향을 완화하기 위해 함께 꼬인 두 개의 전선이다.

 

그림 1. Twisted Pair Cable 단면도

 

연선 케이블의 균형 잡힌 신호는 반대 극성의 EMI를 생성하므로 EMI가 크게 상쇄되며, 이러한 EMI 제거 효과는 도체가 가까이 있을 때 더욱 효과적이다.

 

연선 케이블의 가장 일반적인 형태는 UTP(Unshielded Twisted Pair)이다. UTP 케이블은 서로 꼬인 절연 보호층이 있는 두 개의 구리선으로 구성되며, 주로 일반 전화 케이블 및 데이터 통신 케이블에 사용된다. 이 때 주어진 연선 케이블의 특성 임피던스를 결정하는 것은 중요하다. 이 임피던스는 송신 및 수신 회로의 임피던스와 일치해야 하기 때문이다.

 

아래 식으로 연선 케이블의 임피던스, 시간 지연, 인덕턴스 (Inductance) 및 커패시턴스 (정전용량, Capacitance)를 계산할 수 있다.

 

(식 1) Zo = 120/√εr x ln (2S/d)

(식 2) td = 84.72 x 10-3 √εr

(식 3) L = 10.16 x ln (2S/d)

(식 4) C = 0.7065 εr  / ln (2S/d)

여기서,

Zo : 특성 임피던스 (Ω)

εr : 유전상수 (각종 재료의 값은 이 문서를 확인하기 바란다.)

td : 인치당 나노초 단위의 시간 지연 (ns/inch)

L : 단위 길이당 인덕턴스 (nH/inch)

C : 단위 길이당 정전 용량 (pF/inch)

S : 전선간 거리 (mm)

d : 내부 도체 직경 (mm)

이다.

 

내부 도체 직경, d (mm) :

전선간 거리, S (mm) :

유전상수, εr :

     

임피던스 (Ω) :

시간 지연 (ns/inch) :

인덕턴스 (nH/inch) :

정전 용량 (pF/inch) :