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 접하는 분들은 많이 헷갈릴 수 있어요. 그래서 이 풀업 저항과 풀다운 저항에 대해 쉽고 자세하게 풀어보려 합니다.
우선, 풀업 저항과 풀다운 저항이라는 용어부터 살펴 봅시다. 그림 1의 좌측 그림과 같이 어떤 핀 또는 노드의 전압을 전원(VDD)으로 주면 전압이 높은 곳으로 끌어 올리는 모양새이기 때문에 풀업(Pull up), 접지(GND)로 주면 전압이 낮은 곳으로 끌어 내리는 모양새이기 때문에 풀다운(Pull down) 이라고 합니다.
 [그림 1. 풀업, 풀다운 용어 이해] |
 [그림 2. 풀업, 풀다운 저항 용어 이해] |
그러면 그림 2와 같이 Pull up이 되는 전원에 연결된 저항을 풀업 저항, Pull down 되는 접지에 연결된 저항을 풀다운 저항이라고 할 수 있겠죠.
풀업 저항과 풀다운 저항에 대한 용어는 이해가 되셨을 겁니다. 자, 그럼 이 풀업/다운 저항을 어떤 용도로 쓰는 걸까요? 한마디로 해당 핀 또는 노드의 플로팅 상태를 방지하기 위함입니다. 플로팅 상태란? 특정 전압을 걸어주지 않아서 어떤 전압이 걸릴지 모르는 상태 입니다. 예를 들어 봅시다.
그림 3의 회로를 보면 MOSFET의 Drain은 5V, Source는 0V가 되는게 명확하지만 Gate 전압은 어떨까요? 아무런 전압도 주어지지 않았기 때문에 얼마의 전압이 걸릴지 알 수 없죠. 이런 상태를 플로팅 상태라고 합니다. 주변 노이즈에 따라 전압이 요동칠 수도 있습니다. 그러면 Gate 전압이 왔다리 갔다리 함에 따라 Vout 전압도 왔다리 갔다리 할겁니다. 만약에 Vout에 LED가 연결되어 있다면? LED가 켜졌다 꺼졌다 지멋대로 작동할 거에요. 그래서 Gate에 뭔가 고정적인 전압 걸어서 사용자가 원하는대로 제어할 필요가 있습니다.
이런 상황에서 풀업 저항 또는 풀다운 저항을 활용할 수 있습니다. 그림 4와 같이 풀업 저항을 사용해 Gate에 5V를 걸어주거나 풀다운 저항을 사용해 0V를 걸어줄 수 있습니다. 플로팅 상태를 제거함으로써 안정적으로 디폴트 전압을 걸어주는거죠. 하지만 이렇게 할 경우 입력 전압이 고정되기 때문에 출력 전압도 고정됩니다. 따라서, 스위치를 추가하여 스위치의 ON/ OFF에 따라 원하는 출력 전압이 나오도록 제어할 수 있습니다.
디폴트로 LED를 항시 꺼 놓고 있다가 필요할 때만 스위치를 사용해 켜고 싶다면 그림 5와 같이 풀업 저항을 이용하면 되고, LED를 항시 켜진 상태로 있다가 필요한 순간에만 끄고 싶다면 그림 6과 같이 풀다운 저항을 이용하면 됩니다.
지금까지 풀업 저항과 풀다운 저항을 입력 노드에만 사용한 예시를 보여드렸는데 출력 노드에도 많이 활용합니다. 사용하는 IC의 내부 회로가 어떻게 구성됐냐에 따라 풀업 저항이 필요할 수도 필요하지 않을 수도 있어요.
그림 7과 같이 내부 출력 회로가 인버터 형태로 구성된 경우, 입력이 5V일 때 PMOS는 OFF, NMOS는 ON 되므로 0V가 출력되고, 입력이 0V일 때는 NMOS가 OFF, PMOS가 ON 되므로 5V가 출력 됩니다. 이런 상황에서는 풀업/ 풀다운 저항이 필요가 없죠!
하지만 출력 회로가 그림 8과 같이 오픈 드레인의 형태로 구현된 경우, 입력이 5V일 때는 NMOS가 ON 되므로 0V 출력이 잡히지만 입력이 0V일 때는 NMOS가 OFF 되면서 Floating 상태가 됩니다. 따라서 이런 경우 풀업 저항이 필요하게 됩니다. 그림 9와 같이 풀업 저항을 활용하면 입력 전압이 0V일 때 Floating 상태가 되지 않고 원하는 전압 5V를 출력할 수 있게 됩니다.
만약에 NMOS 오픈 드레인 형태가 아닌 PMOS 오픈 드레인이라면 풀업 저항 대신 풀다운 저항을 사용하면 됩니다!
여기까지 풀업 풀다운 저항에 대해 하고 싶은 말을 나름 상세하게 설명드린 것 같네요. 그럼 여기까지 포스팅을 마칩니다~!
다음 포스팅은 적절한 풀업 저항 값을 선택하는 방법에 대한 내용 입니다. 궁금하신 분은 아래 링크를 참고해 주세요~
2023.07.27 - [아날로그 회로] - #11-1. 풀업, 풀다운 저항은 얼마를 달아야 할까?
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