인덕터는 부하 저항과 직렬로 넣습니다
션트 피킹(shunt peaking)은 출력에서 기준 전원 쪽으로 연결된 부하 저항에 인덕터(inductor)를 직렬로 더하는 대역 확장 방법입니다. 인덕터는 전류의 빠른 변화를 억제하는 소자입니다. 여기서 ‘션트’는 이 부하 가지가 출력 노드에 연결되는 구조를 가리킵니다. 출력 신호선에 인덕터를 직렬로 넣는 다른 피킹 방식과 구분합니다.
이 글에서는 증폭기가 출력 노드에 신호 전류를 공급하고, 출력에 R과 C가 병렬로 보이는 단순 모델을 사용합니다. R은 부하 저항, C는 다음 단의 입력과 배선까지 포함한 출력 용량입니다. 전원은 교류 관점에서 충분히 낮은 임피던스를 가진 기준점이라고 가정합니다.
원래 출력의 저주파 전압은 신호 전류에 R을 곱한 값입니다. 주파수가 올라가면 C로 흐르는 전류가 커져 출력 전압이 줄어듭니다. R을 줄이면 이 변화가 시작되는 주파수는 높아지지만 저주파 전압도 함께 작아집니다.
R에 직렬로 L을 넣으면 저주파에서는 인덕터의 영향이 작고, 주파수가 올라갈수록 해당 가지의 임피던스가 증가합니다. 이 변화가 C 때문에 내려가는 응답을 일부 보완합니다. 실제 인덕터의 직류 저항과 기생 용량이 크면 이상적인 이점은 줄어듭니다.
‘얼마나 넓어지는지’는 L과 R²C의 비로 봅니다
전달함수(transfer function)는 주파수별 입력과 출력의 관계입니다. 저주파 값을 1로 정규화한 출력 응답 H(s)는 다음과 같습니다. s는 라플라스 변수이고 정현파 응답에서는 s = j2πf를 넣습니다. f는 Hz, j는 허수 단위입니다.
H(s) = (1 + sL/R) / (1 + sRC + s²LC)
비교에 편리한 무차원 값은 m = L/(R²C)입니다.
분자의 변화는 영점(zero), 분모의 변화는 극점(pole)으로 표현합니다. 인덕터를 추가하면 영점만 하나 생기는 것이 아니라 분모도 2차가 됩니다. 따라서 고주파 보상이 과하면 특정 대역의 이득이 부풀거나 계단 응답이 목표 전압을 넘어설 수 있습니다. 이를 각각 이득 피킹(gain peaking), 오버슈트(overshoot)라고 합니다.
이 단순 모델에서 m = √2−1 ≈ 0.414는 저주파 부근의 크기 응답을 평탄하게 만드는 선택입니다. 이때 −3 dB 대역폭은 인덕터가 없을 때의 약 1.72배입니다. ‘주파수 크기 응답이 평탄하다’는 조건이 계단 파형의 오버슈트가 0이라는 뜻은 아닙니다.
설명용으로 R = 100 Ω, C = 1 pF라면 원래 대역폭 1/(2πRC)는 약 1.59 GHz입니다. m = 0.414에 해당하는 L은 약 4.14 nH이고 이상 모델의 대역폭은 약 2.74 GHz입니다. pF는 10⁻¹² F, nH는 10⁻⁹ H입니다. 이 숫자는 특정 부품이나 기판의 측정 결과가 아닙니다.
이득 그래프와 정착 시간을 같은 후보에서 확인합니다
- 실제 출력 용량을 정리합니다. 다음 단 입력, 패드(pad), 배선과 측정 부하까지 포함합니다.
- 인덕터가 없는 회로에서 저주파 이득과 대역폭을 확인합니다. 다른 내부 극점이 이미 지배적이면 출력 부하만 바꿔도 기대만큼 개선되지 않습니다.
- L을 몇 단계로 바꾸며 저주파 이득, 최대 피킹과 −3 dB 대역폭을 비교합니다. 같은 회로에서 계단 입력의 오버슈트와 허용 오차 안에 들어오는 정착 시간도 구합니다.
- 실제 인덕터 모델의 직류 저항, 손실 대비 에너지 저장 정도를 나타내는 품질 계수(Q factor), 기생 용량과 공진하는 자기공진 주파수(SRF, Self-resonant Frequency)를 반영합니다. 자기공진 부근에서는 인덕터가 단순한 L처럼 동작하지 않습니다.
- 용량·인덕턴스 공차와 온도, 배선 기생 성분을 바꿔 확인합니다. 디지털 수신 경로라면 단일 계단뿐 아니라 실제 데이터 패턴을 확인합니다. 여러 비트 파형을 겹쳐 표시한 아이 다이어그램(eye diagram)에서는 전압·시간 여유를 비교합니다.
입력 변화가 끝난 뒤 출력이 허용 오차 안에 머물러야 하는 회로에서는 가장 높은 대역폭보다 짧고 안정적인 정착이 더 중요할 수 있습니다. 최종 L은 필요한 이득과 속도를 만족하면서 허용 피킹을 넘지 않는 값으로 정합니다.