케이블이 메아리친다: 파형 검증실

목표

ngspice로 실제 전송선 모델을 실행하고 Python으로 도착 시각·반사·종단·공차·수치 차이를 분석합니다. 실물 계측이나 PCB 인증 과정은 아닙니다.

왜 중요한가

빠른 에지는 전원보다 높은 순간 전압을 만들 수 있습니다. 저항의 위치·입력 단위·표본 시각이 바뀌면 그럴듯한 그래프도 다른 질문의 답이 됩니다. 회로 조건과 파형, 분석 코드, 검증 범위를 연결해 다시 확인할 수 있는 산출물을 만듭니다. 셸·Python 함수/리스트/딕셔너리·분압 기초가 필요합니다. 예상 75분이므로 기본 60분이 끝나기 전에 ＋시간으로 연장하세요(최대 180분). 종료하면 파일이 사라지므로 별도로 보관하세요.

단계

1. 3.3V를 보냈는데 5.5V가 도착했다 — baseline.json에 volts=3.3, driver_ohm=10, series_ohm=0, z0_ohm=50, load_ohm=1000000000, delay_ns=2, rise_ns=0.2, step_ns=0.02, stop_ns=14를 저장하세요. 모든 파일은 /root/signal-integrity 아래입니다. experiment.py --model /root/signal-integrity/baseline.json --out /root/signal-integrity/baseline을 실행해 model.cir·trace.csv·run.json을 생성하고 입력/TX/RX 열을 확인하세요.
2. 케이블의 시계를 읽는다 — arrival.py에 first_crossing_ns(rows, threshold_v)를 구현하세요. rows는 [time_s, drive_v, tx_v, rx_v]의 시간 오름차순 목록입니다. RX가 처음 임계값에 닿는 시각을 선형 보간해 ns로 반환합니다. 첫 점부터 임계값 이상이면 첫 시각, 끝까지 없으면 None입니다. baseline 파형과 작은 별도 표본을 함께 검사합니다.
3. 메아리가 돌아오는 전압을 예측한다 — reflections.py의 predict(vs, source_ohm, z0_ohm, load_ohm)가 launch_v, gamma_source, gamma_load, rx_first_v, rx_second_v를 담은 객체를 반환하게 하세요. source_ohm은 드라이버와 추가 직렬 저항의 합입니다. 입력은 양의 유한 수이며 부하는 무한대가 아닌 유한 저항입니다. 두 번째 수신 평탄부는 첫 값에 다음 왕복의 변화를 더한 값입니다.
4. 저항 하나로 메아리를 줄인다 — baseline.json 조건에서 series_ohm만 40으로 바꾼 series.json을 만들고 --out /root/signal-integrity/series로 실행하세요. 기준 파일은 유지합니다. driver_ohm=10을 포함한 총 소스 저항은 50Ω입니다. 생성된 파형에서 첫 송신 전압과 첫 수신 전압이 서로 다른 이유를 확인하세요.
5. 같은 50Ω도 위치가 다르다 — baseline.json 조건에서 load_ohm만 50으로 바꾼 parallel.json을 만들고 --out /root/signal-integrity/parallel로 실행하세요(series_ohm은 0). tradeoff.py의 load_power(vs, source_ohm, load_ohm)는 충분히 오래 지난 DC 상태의 current_a와 load_w를 반환합니다. 전압 V·저항 Ω를 입력받아 A·W로 반환하며 유한 양의 조건들을 검사합니다.
6. 대표값 밖의 아홉 케이블을 비교한다 — series.json을 --out /root/signal-integrity/corners --corners로 실행하세요. 추가 40Ω는 유지하고 드라이버 8/10/12Ω × Z0 45/50/55Ω의 9개 폴더와 peaks.json을 생성합니다. summary.py의 summarize(records)는 비어 있지 않은 [{case: 이름, peak_v: 최대V}, ...]에서 count, min_peak_v, max_peak_v, max_case를 반환합니다. 최고값이 동률이면 사전순으로 가장 앞선 이름입니다.
7. 표본 번호 대신 시간을 맞춘다 — series.json에서 step_ns만 0.01로 바꾼 fine.json을 --out /root/signal-integrity/fine으로 실행하세요. convergence.py의 max_difference(coarse, fine)는 coarse의 각 시각에서 fine을 선형 보간하고 TX/RX(col 2,3) 전압의 최대 절대 차이 V를 반환합니다. 표는 [time_s,drive_v,tx_v,rx_v]이며 두 점 이상, 시간 엄격 증가, 같은 시작·끝입니다. 실제 파형과 다른 간격의 작은 표도 검사합니다.
8. 근거를 묶고 한계를 남긴다 — 앞 단계 파일을 보존하고 release.json을 작성하세요. model_type=ideal_single_mode_lossless, measured=false, pcb_certified=false, target_verification_required=true입니다. release.json 형식 예시의 sha256 객체에 제공된 상대 경로만 키로 사용하고 현재 파일 내용의 SHA-256 소문자 64자리 값을 넣습니다. 앞 단계 파형과 분석도 다시 검증합니다. 백업 파일은 목록에 넣지 않습니다.

참고

작업 폴더를 mkdir -p /root/signal-integrity로 먼저 만드세요. 명령 형식은 python3 /opt/lab/signal_integrity/experiment.py --model 입력JSON --out 새출력폴더 입니다. 단계의 파일 카드에서 입력과 생성물 형식을 구분하세요. 생성물 예시는 축약 형식이며 실제 solver 출력 대신 제출할 수 없습니다. 도우미는 기존 출력 폴더를 덮지 않습니다. 재실행하려면 이전 폴더를 다른 이름으로 보관하세요. 정답지는 이를 자동으로 수행합니다. Python 분석 함수는 파일을 직접 읽는 대신 표/수치를 인자로 받고 결과를 반환하며 print 로그를 넣지 않습니다. 수치 반환은 상대 1e-6 또는 절대 1e-8 허용 오차, JSON 불리언은 정확한 타입을 확인합니다. 각 소스·JSON은 64KiB, 파형 CSV는 2MiB 이하의 심볼릭 링크가 아닌 일반 파일이어야 합니다. 함수 실행은 CPU 4초·벽시계 5초·주소 공간 256MiB로 제한됩니다. 최종 채점은 공차 하위 파형을 포함해 앞 단계 자료를 다시 확인합니다. 추가 패키지 설치·인터넷·실제 장비는 필요 없습니다.

단계 8개

1. 3.3V를 보냈는데 5.5V가 도착했다
2. 케이블의 시계를 읽는다
3. 메아리가 돌아오는 전압을 예측한다
4. 저항 하나로 메아리를 줄인다
5. 같은 50Ω도 위치가 다르다
6. 대표값 밖의 아홉 케이블을 비교한다
7. 표본 번호 대신 시간을 맞춘다
8. 근거를 묶고 한계를 남긴다