Most signals between chips or packages in an electric circuit board require delays in order to achieve a specified timing. Among mechanisms for a signal delay, a circuit line length proportional to the designated time delay has been widely used due to cost-effectiveness. However, the layout of the line becomes dense due to the small size of packages or circuit boards, and so generates crosstalk. This kind of noise on a signal generated between two close lines contaminates the signal quality by voltage drop or jitter. In this research, a delay line circuit design to minimize such crosstalk is developed. A computational scheme for crosstalk analysis is adopted from the previous work, which uses the principle of superposition of the effects due to the mutual capacitance and mutual inductance of parallel lines.
Several different procedures to find the optimal layout have been tried using genetic algorithm. A new random line generation technique has been proposed to express a simply connected line with fixed starting and end points in a limited domain. The design variable is defined to express the layout by a binary chromosome and it evolves to find the optimum line layout. The objective function is defined as the weighted sum of several measures such as the highest peak or the distribution of crosstalk. It is shown that the optimal line layout differs depending on how to set the weight values of the objective functions.
It is shown that the existing design of a spiral line layout is generated by minimizing the peak of crosstalk. Moreover several line layouts obtained, including a new design not reported before, are fabricated and positively affirmed.
대부분의 전자장비에서는 회로상 칩(chip) 또는 패키지(package)간에 신호의 타이밍을 맞추기 위해 신호 전달을 일정 시간 지연시킬 필요가 있다. 이를 위해 일반적으로 가격 및 효율 면에서 우수한 지연 전송선(delay line)이 많이 사용되고 있다. 지연 전송선은 선의 길이와 신호 전달 시간이 비례하는 것을 이용한 것인데 긴 전송선이 제약된 공간 내에 배치될 경우 선의 간격이 좁아져 잡음의 일종인 누화(crosstalk)가 발생한다.
작은 전자제품에 대한 요구가 늘어남에 따라 누화의 발생은 신호의 품질 저하뿐만 아니라 전체의 오작동을 일으킬 수 있는 심각한 문제로 대두되고 있다. 하지만 현재는 지연 전송선의 체계적인 설계기준이 없으며 임기응변 식의 설계로 기존의 모양에서 국부적인 조정을 하여 사용하고 있다. 따라서 지연 전송선의 누화 최소화 설계기법 연구는 새로운 시도이며 동시에 중요한 연구이다.
본 논문에서는 누화 최적화 설계기법으로 유전자 알고리즘을 선택하였다. 먼저 지연 전송선을 유전자로 표현하는 방법을 개발하였고 이를 기반으로 제한조건에 맞는 임의의 지연 전송선을 만드는 방법, 새로운 기하학적인 유전자 교차(crossover)방법, 돌연변이(mutation)방법을 개발하였다. 개발된 방법을 유전자 알고리즘 전 과정에 적용하여 지연 전송선이 세대를 거듭해 감에 따라 진화를 거듭하여 최적의 해를 찾도록 구현하였다.
전체 프로그래밍은 MATLAB 7.0을 사용하였다. 누화를 예측하기 위하여 기존에 발표된 논문으로부터 수식을 발췌해 계산하고 시간축 상에서 누적하였다. 연구 결과로 선행 논문에 기재된 형상을 얻어 방법의 타당성을 입증 하였다. 다른 결과로 새로운 지연 전송선 형상을 얻어 실제 제작을 통한 측정으로 그 결과의 타당성을 입증하였다.
