회로 설계 : 기초부터 실무까지!

레벨 시프터(Level Shifter) 는 실무 회로에서 굉장히 많이 사용하는 소자 중 하나 입니다. 말 그대로 전압 레벨을 변경해주는 소자 입니다. 예를들어, MCU와 통신 모듈 IC 간 통신이 필요한 경우 각 IC가 사용하는 로직 전압 레벨이 다른 경우가 많습니다. MCU는 5V 전압을 사용하는데 통신 모듈 IC는 3.3V를 사용하는 경우 두 IC 사이의 전압 레벨을 맞추기 위한 무언가가 필요하죠. 그 역할을 하는 소자가 바로 레벨 시프터(Level Shifter) 입니다. Level Transceiver, Level Translator 등과 같은 이름으로 불리기도 합니다. 그림1과 같이 전압 레벨이 5V인 MCU와 3.3V인 통신 모듈 IC 간 SPI 통신을 한다고 가정하고, 만약 두 IC를 레벨 ..

회로설계에 있어 전원부 회로는 가장 기본이자 필수입니다. 외부 전원을 입력받아 원하는 전압 레벨을 만들기 위해 스위칭 Regulator를 사용하거나 때에 따라 LDO를 사용하기도 합니다. 효율이 중요한 시스템이라면 스위칭 Regulator (Buck 또는 Boost converter)를 사용하고, 효율보다 저잡음이 중요한 곳에선 LDO를 사용합니다. Linear Regulator라고도 하죠. 단순히 원하는 입력 전압 대비 출력 전압에 맞는 LDO를 찾아서 사용해도 크게 문제가 되는 경우는 잘 없습니다만 LDO의 동작 원리를 정확하게 알고 사용해야 추후 잡음이나 효율 등에 대한 이해가 쉬워지기 때문에 깊이 있게 아는 것 또한 중요합니다. 따라서, 이번 포스팅에서는 LDO의 성능 지표에 대한 부분은 제쳐두고..

회로의 수동소자 R(Resistor), L(Inductor), C(Capacitor) 중 중요한 한 축을 담당하는 커패시터의 종류에 대해 설명하려고 합니다. 커패시터의 사용 용도가 다양하기 때문에 그 용도에 맞는 커패시터들이 존재합니다. 그럼 어떤 커패시터를 어떤 용도에 사용하는지 한번 알아보도록 하겠습니다. 1. 커패시터의 종류 커패시터의 종류는 세라믹, 전해질, 탄탈, 필름, 슈퍼(울트라) 커패시터로 구분할 수 있습니다. 보통은 세라믹, 전해질, 탄탈 커패시터를 많이 사용 합니다. 커패시터를 고를 때 가장 많이 보는 특성은 용량과 전압 범위이지만 각 커패시터별로 다양한 특징을 가지기 때문에 특성을 잘 알아야 적합한 용도에 맞게 커패시터를 선정할 수 있습니다. 각 커패시터의 특징을 아래 표와 같이 정리..

슬루율(Slew Rate)이란 단위 시간 동안 출력 전압의 변화량을 의미하며, 입력 신호에 대해 출력 신호가 얼마나 빠르게 따라갈 수 있는지를 나타내는 척도 입니다. 그래서 OPAMP의 동작 속도를 의미하기도 합니다. 슬루율(Slew Rate)을 수식으로 나타내면 아래 수식 1)과 같이 단위 시간(△T)동안 출력 전압의 변화량(△V)으로 표현할 수 있습니다. 수식 1) 우리는 OPAMP를 선택할 때, 일반적으로 이득(Gain), 대역폭(Bandwidth), 공급 전압(Power supply)과 소모전류를 보고 결정합니다. 높은 이득이 필요해서 High Gain OPAMP를 선택했고, 대역폭도 충분한데 이상하리만치 파형이 깨지는 현상을 간혹 볼 수 있습니다. 이 때 보통은 대역폭이 부족해서 그런가? 라고 ..

MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)의 동작 영역을 이해하는 것은 회로 설계에 있어서 굉장히 중요합니다. MOSFET은 주로 스위치 용도로 사용하거나 증폭기 용도로 사용합니다. LNA나 OPAMP와 같이 소신호를 다루는 사람이라면 주로 증폭기 용도로 사용할 것이고, 전원 또는 제어 보드를 설계하는 사람이라면 주로 스위치 용도로 사용할 겁니다. 따라서, MOSFET을 용도에 따라 적절히 사용하기 위해서 동작 영역에 대한 이해가 반드시 필요 합니다. MOSFET은 게이트 전압에 따라 채널의 전도성 또는 저항성을 조절하여 전류를 제어하는 반도체 디바이스입니다. 저항성이 낮은 동작영역(Triode)을 활용하여 스위치처럼 동작하게 하거나 저항성이 ..

시정수 τ = RC 라고 표현합니다. 여기서 R은 저항값이고, C는 커패시터값을 의미합니다. 저항과 커패시터로 시간을 표현할 수 있다니? 굉장히 신기하지 않을 수 없습니다. 나무위키에서 시정수의 정의를 보면 "전기회로에 갑자기 전압을 가했을 경우 전류는 점차 증가하여 마침내 일정한 값에 도달한다. 이 때의 증가의 비율을 나타내는 것으로, 정상값의 63.2％에 달할 때까지의 시간을 초로 표시한다. 전압을 제거했을 때도 이 반대가 성립된다." 와 같이 설명이 나와 있습니다. 오 그럼, 어떤 배터리를 63.2%까지 충전하는데 걸리는 시간이 저항값과 커패시터값에 의해 결정되는구나? 라고 이해할 수 있습니다. 하지만, 이런 설명만 보고 정확히 이해하기에는 정보가 조금 부족합니다. 굉장히 추상적으로 다가올 수 있죠..

2023.06.18 - [아날로그 회로] - #5. Diode의 정의와 기본적인 동작 특성 2023.06.19 - [아날로그 회로] - #6. 다이오드를 왜, 어디에 사용할까? - 정류 회로, 보호 회로 앞서 일반 다이오드의 특성과 동작 원리에 대해 알아보았습니다. 그리고 이 다이오드를 어떤 용도로 사용하는지에 대해서도 상세하게 포스팅을 했는데요. 일반 다이오드의 경우 순방향 영역에서만 사용가능하다고 했는데 이와 달리 역방향 영역에서도 사용가능한 녀석이 있습니다. 그게 바로 제너 다이오드입니다. 일반 다이오드의 특성 그래프를 보면 그림 1과 같습니다. 일반 다이오드의 경우 그림 1과 같이 항복 전압(Vbr)에서 굉장히 큰 전류가 흐르면서 파손이 됩니다. 하지만 제너 다이오드의 경우 이 영역에서 파손되지 ..

2023.07.13 - [아날로그 회로] - #11. 풀업, 풀다운 저항을 쉽게 이해해보자 #11. 풀업, 풀다운 저항을 쉽게 이해해보자 풀업 저항과 풀다운 저항은 정말 굉장히 많이 들어봤을 거에요. 회로 설계에 있어서 너무너무 기본이 되는 저항 입니다. 실무를 하다보면 자연스럽게 이해가 되는 내용이기도 하지만 처음 접하 analog-circuit-design.tistory.com 먼저, 풀업/ 풀다운 저항의 의미와 사용하는 이유에 대한 위 글의 내용을 보고 오시면 더 도움이 됩니다. 풀업/ 풀다운 저항을 사용하려고 보면 이 저항값을 얼마로 결정해야 할지에 대한 의문이 생깁니다. 풀업 저항이나 풀다운 저항이 연결되어 있으면 계속해서 전류가 흐르는데 이로 인한 전력 소모를 줄이기 위해서 큰 값으로 설정하는..

앞서 디커플링 커패시터의 역할에 대해서 상세하게 포스팅을 했습니다. (궁금하신 분은 #14. Decoupling Capacitor (디커플링 커패시터) 쉽게 이해하기 :: 회로 설계 : 기초부터 실무까지! (tistory.com) 을 참고해주세요) 이번에는 디커플링 커패시터를 배치 할 때, IC의 VCC와 GND PIN 바로 근처에 배치하는 것이 가장 효과가 좋다고 설명하였는데 왜 그런지 상세하게 포스팅 해보려고 합니다. 먼저, 디커플링 커패시터가 없는 경우 회로 구성과 시뮬레이션 결과를 한 번 봅시다. 그림 1과 같이 DC-DC Converter와 평활 회로를 구성하고, PCB의 기생 인덕터 성분을 적당히 10nH로 가정합니다. MCU의 전류 변동은 그림 1의 우측 상단 그래프와 같이 2uS 마다 2A..

주식이나 경제분야에 익숙한 분이라면 커플링 또는 디커플링이라는 말을 많이 들어봤을 겁니다. 미국 주식이 올라갈 때 한국 주식도 같이 상승하면 커플링 됐다고 하고, 한국 주식이 미국이나 다른 국가에 관계없이 독자적인 양상을 띌 때 디커플링 됐다고 표현하죠. 독립적으로 분리된 느낌이 듭니다. 그럼 전자회로에서 디커플링 커패시터를 어떻게 해석할 수 있을까요? 디커플링 커패시터는 전원 VDD와 접지 GND 사이에 위치하여 전원 라인에 같이 섞여 있는 고주파 노이즈 성분을 전원 신호와 분리하여 접지로 내보내는 역할을 합니다. 그래서 이 커패시터는 노이즈를 디커플링 한다는 의미에서 디커플링 커패시터라고 부릅니다. 줄여서 디캡이라고 하죠. 물론 디캡은 노이즈 감소 외에도 몇 가지 중요한 역할을 더 갖고 있습니다. 그..