먼저 알아둘 용어
RS-485·차동 신호(differential signal) — RS-485는 두 신호선 사이의 전압 차이로 정보를 전달하는 통신용 전기 규격입니다. 모듈(module)은 송신·수신 회로와 연결 단자 등을 하나의 기판에 모은 장치입니다. A와 B의 이름만 보고 극성을 단정하지 말고, 각 장치가 정의한 신호 방향과 단자 기능을 확인합니다.
특성 임피던스(characteristic impedance) — 케이블을 따라 진행하는 파동의 전압과 전류의 비율입니다. 여기서는 A-B 한 쌍의 차동 특성 임피던스를 뜻합니다. 케이블을 전원이 꺼진 상태에서 저항계로 재어 얻는 도체의 직류 저항과는 다른 값입니다.
종단(termination)·종단 저항(termination resistor) — 케이블 끝에 특성 임피던스와 맞는 부하를 연결해 되돌아오는 신호, 즉 반사(reflection)를 줄이는 방법과 그 부품입니다. 이 글의 병렬 종단(parallel termination)은 저항을 A와 B 사이에 연결합니다. 신호선 한 가닥을 잘라 저항을 직렬로 넣는 방식이 아닙니다.
버스(bus)·반이중(half-duplex)·분기(stub) — 여러 장치가 주 통신선을 공유하는 구성이 버스입니다. 반이중은 한 번에 한 방향으로 송신하는 방식이며, 주 케이블에서 모듈로 빠지는 짧은 가지를 분기라고 합니다. 여기서는 하나의 A-B 쌍을 여러 장치가 공유하는 반이중 버스를 다룹니다.
드라이버(driver)·바이어스 저항(bias resistor) — 드라이버는 통신선에 송신 전압과 전류를 공급하는 회로입니다. 바이어스 저항은 아무도 송신하지 않을 때 수신기가 읽을 기본 상태를 만드는 부품으로, 반사를 줄이는 종단 저항과 역할이 다릅니다.
그림에서는 두 신호선과 접속점을 읽기 쉽도록 간격을 벌렸습니다. 실제 케이블은 정해진 특성 임피던스의 꼬임선 쌍(twisted pair)을 사용하며, 그림의 거리와 간격은 실제 배치 치수가 아닙니다. 종단 연결을 설명하기 위해 기준 전위·절연·보호 회로는 생략했습니다. 공통 모드 전압(common-mode voltage)은 두 신호선 전압의 평균을 수신기의 기준 전위에 대해 나타낸 값입니다. 기준 전위가 달라지면 차동 전압이 정상이더라도 허용 공통 모드 범위를 벗어날 수 있으므로, 생략한 연결은 장치 규격과 설치 조건에 맞춰 별도로 확인해야 합니다.
두 선을 함께 꼬는 이유는 외부 잡음원이 한 도체만 계속 더 강하게 건드리는 구간을 줄여, 두 도체에 비슷한 잡음이 결합되게 하려는 것입니다. 수신기가 두 선의 전압 차이를 읽으면 공통으로 들어온 성분의 영향은 줄일 수 있지만, 한 선에만 들어온 성분은 차동 전압 자체를 바꿉니다. 커넥터 앞에서 한 쌍을 길게 풀거나 A·B를 서로 다른 경로로 보내면 케이블이 꼬여 있어도 이 균형이 깨질 수 있습니다. 설치 도면에서 쌍의 경로·분기와 주변 잡음원을 확인하고, 실제 길이와 전송률에서 수신 차동 파형·오류 및 허용 공통 모드 범위를 함께 시험합니다. 정해진 꼬임 피치 하나가 모든 케이블·잡음 환경에 맞는다고 가정하지 않습니다.
저항 개수는 모듈 수가 아니라 케이블의 양 끝으로 정합니다
특성 임피던스가 120 Ω인 반이중 버스를 예로 들겠습니다. 케이블 양 끝에 120 Ω을 하나씩 두면 종단 저항만의 직류 병렬 등가 저항은 60 Ω입니다. 중간 모듈까지 포함해 다섯 개의 120 Ω을 모두 연결하면 24 Ω으로 낮아집니다. 같은 전압을 만들려면 드라이버가 더 큰 전류를 공급해야 하므로, 종단 저항을 많이 넣는 것이 통신 품질을 높이는 방법은 아닙니다.
| 종단만 있는 단순 모델 | A-B 사이 등가 저항 | 같은 2 V 차동 전압을 가정한 저항 전류 |
|---|---|---|
| 120 Ω 한 개 | 120 Ω | 약 16.7 mA |
| 120 Ω 두 개 | 60 Ω | 약 33.3 mA |
| 120 Ω 다섯 개 | 24 Ω | 약 83.3 mA |
전류는 전압을 저항으로 나눈 값이며, mA는 1,000분의 1 A입니다. 표의 2 V는 부하 차이를 설명하기 위한 가정입니다. 실제 드라이버가 어떤 부하에서도 2 V를 유지한다는 뜻은 아닙니다. 종단을 지나치게 많이 넣으면 신호 진폭이 줄어들거나 출력 전류 제한이 동작할 수 있습니다.
통신 역할과 케이블의 끝을 구분합니다
주 장치인지 보조 장치인지, 주소가 몇 번인지로 종단 위치를 정하지 않습니다. 케이블을 따라가며 물리적인 두 끝을 찾습니다. 송신자가 바뀌어도 케이블의 끝은 바뀌지 않으며, 중간에 연결된 장치가 송신하더라도 종단을 그 장치로 옮기는 것은 아닙니다.
종단값은 사용하는 케이블의 특성 임피던스에 맞춥니다. 흔히 쓰는 120 Ω을 모든 케이블의 만능값으로 적용하지 않습니다. 길고 복잡한 분기가 있으면 저항 개수만 맞추어도 반사가 남을 수 있습니다. 분기는 짧게 만들고, 실제로 허용할 길이는 데이터 전송률뿐 아니라 드라이버의 상승·하강 시간과 케이블의 전파 지연을 함께 보고 정합니다.
두 종단을 연결한 뒤에도 수신기 입력, 바이어스 저항, 보호 회로가 추가 부하를 만듭니다. 따라서 저항 두 개만의 60 Ω 계산과 전체 버스가 드라이버에 주는 부하는 구분해야 합니다. 아주 짧거나 느린 회로에서 종단을 생략할 수 있는지는 별도의 파형 검증으로 판단하며, 장치를 추가할 때마다 임의로 종단을 켜고 끄는 방식으로 해결하지 않습니다.
바이어스와 보호 부품까지 포함해 케이블이 보는 부하를 확인합니다
아무 장치도 송신하지 않는 유휴 상태에서 출력이 불안정하다면 종단 저항을 없애기 전에 페일세이프(fail-safe) 기능부터 확인합니다. 이는 입력이 없을 때 수신 출력이 정해진 상태를 유지하도록 하는 기능입니다. 어떤 송수신기는 이 기능을 내부에 갖추고 있지만, 모든 부품의 조건과 잡음 여유가 같지는 않습니다. 외부 풀업·풀다운(pull-up/pull-down) 저항이 필요하다면 전체 버스의 수신 임계값·최저 전원·잡음·저항 오차와 부하를 함께 계산합니다. 모듈마다 같은 바이어스를 추가하지 않습니다.
종단 저항 앞에 A와 B 각각 직렬 저항 R_s가 있다면 케이블에서는 그 저항도 보입니다. 다른 병렬 경로를 생략한 단순 모델에서 끝단 부하는 R_T+2R_s입니다. R_T=120 Ω, R_s=10 Ω이면 140 Ω이므로, 부품에 120 Ω이라고 적혀 있다는 이유만으로 케이블 끝이 120 Ω 종단이라고 판단할 수 없습니다. 실제 회로에는 바이어스와 보호소자의 영향도 포함합니다.
ESD(Electrostatic Discharge) 보호소자는 정전기 방전 전류를 우회시키는 부품입니다. 커넥터에서 보호소자로 들어오는 경로와 그 전류가 돌아가는 경로를 짧게 확보합니다. 보호소자 뒤의 직렬 저항은 과도 전류 제한에 도움이 될 수 있지만 정상 신호의 진폭·상승 시간·종단 조건도 바꿉니다. 송수신기의 허용 입력 범위와 보호소자의 제한 전압·용량을 함께 검토합니다.
전원 핀에는 필요한 디커플링 커패시터를 짧은 루프로 연결합니다. 0.1 µF는 흔히 검토하는 값이지만 실제 부품 요구와 전원 응답으로 정합니다. 근처에 큰 용량 커패시터가 있어도 핀 바로 옆의 연결 경로는 짧게 유지해야 합니다. A-B 쌍은 짧은 분기와 연속적인 기준면을 유지하고, 불필요한 층 변경으로 두 선의 경로가 달라지지 않았는지 확인합니다.
모듈에 이미 달린 종단 저항까지 확인하는 순서
- 케이블을 따라 양 끝, 중간 분기, 각 모듈의 위치를 그립니다. A-B 한 쌍이 어디로 이어지는지 표시합니다.
- 회로도와 실물의 점퍼(jumper), DIP 스위치(Dual In-Line Package switch), 저항을 확인합니다. 점퍼는 핀 사이를 이어 회로를 선택하는 부품입니다. 각 모듈의 종단 저항값과 활성 상태를 표로 적고, 출고 상태가 모두 같다고 가정하지 않습니다.
- 전원을 끄고 잔류 전압이 없음을 확인한 뒤 A-B 사이 저항을 잽니다. 순수한 120 Ω 두 개만 병렬로 보인다면 약 60 Ω입니다. 전자회로·바이어스·보호소자·케이블 저항·외부 연결 때문에 값이 달라질 수 있으므로, 모호하면 모듈이나 각 가지를 분리해 확인합니다.
- 실제 케이블 양 끝의 종단만 남기고, 중간 모듈에 달린 추가 종단을 해제합니다. 단, 저항을 제거하기 전에 종단용인지 바이어스용인지부터 확인합니다.
- 정상 운전 조건에서 각 송신자가 차례로 송신하게 합니다. 실제 수신점의 A-B 차동 파형과 통신 오류를 확인합니다. 모듈 추가 전후에 신호 진폭, 반사, 진동이 가라앉는 시간과 오류 발생 조건을 비교합니다.
반복 전송의 파형을 겹쳐 보는 아이 다이어그램(eye diagram)도 수신 여유를 살피는 방법입니다. 같은 비트 구간을 겹쳤을 때 가운데 열린 부분의 세로 방향은 전압 여유, 가로 방향은 샘플 시점의 시간 여유와 관련됩니다. 반사나 잡음이 겹치면 열린 부분이 좁아질 수 있습니다. 종단을 바꾸기 전후의 전송률·데이터 패턴·케이블·송신자·수신 위치와 측정 조건을 같게 두고 비교합니다. 눈 모양이 넓어졌다는 관찰만으로 실제 통신 오류 시험을 생략하지 않습니다.
전원을 끈 상태에서 60 Ω이 나왔다고 통신 검증이 끝난 것은 아닙니다. 저항값은 연결 상태를 확인하는 단서입니다. 케이블 양 끝의 위치, 분기 구조, 실제 수신 파형까지 맞아야 장치를 늘린 뒤에도 통신이 유지되는지 판단할 수 있습니다.