아날로그 회로 설계 절차

1. 스케메틱 작성

스케메틱은 회로의 전기적 연결을 도식적으로 표현한 것입니다.

 

1. 회로 구성 요소 선택:
   • 필요한 부품들을 선정합니다. 예를 들어, 저항, 커패시터, 트랜지스터 등이 있습니다.
   • 부품의 스펙을 확인하고 데이터 시트를 참고합니다.
2. 스케메틱 그리기:
   • CAD 소프트웨어 (예: KiCAD, Eagle, Altium)를 사용하여 스케메틱을 작성합니다.
   • 각 부품을 정확히 배치하고, 노드와 핀 번호를 확인합니다.
   • 전원 공급과 그라운드 연결을 명확히 표시합니다.
3. 회로 검증:
   • 시뮬레이션 도구를 사용하여 회로 동작을 검증합니다.
   • 오류를 수정하고 최종 스케메틱을 완성합니다.

Front end: Schematic

2. PCB 레이아웃

스케메틱을 바탕으로 실제 PCB(Printed Circuit Board) 디자인을 시작합니다.

1. 레이아웃 소프트웨어 사용:
   
   • 부품을 배치하고 트레이스를 연결합니다. (특히 부품 배치에 많은 시간을 소비하는데 배치가 절반 이상을 먹고 들어가기 때문입니다)
2. 레이아웃 규칙 준수:
   • 전기적 간섭을 최소화하기 위해 레이아웃 규칙을 준수합니다.
   • 고주파 신호는 짧고 직선으로, 전원과 그라운드는 넓게 배치합니다.
3. 전원 및 그라운드 레이어:
   • 전원 레이어와 그라운드 레이어를 별도로 구성하여 안정성을 높입니다.
4. DRC (Design Rule Check):
   • DRC를 수행하여 레이아웃의 오류를 검출하고 수정합니다. (처음에 이게 뭔지 몰랐다)
5. 최종 검토 및 출력:
   • 최종 레이아웃을 검토하고 Gerber 파일로 출력합니다.
   • Gerber 파일을 제조업체에 보내 PCB를 제작합니다.

Back end : Lay out

3. 회로 설계 시 주의사항

회로 설계 시 주의해야 할 주요 사항들입니다.

1. 피드백 회로 안정성:
   • 용량 부하에 대한 버퍼를 제공하기 위해 피드백 루프 외부에 작은 저항기나 초크를 사용합니다.
   • 일체형 피드백 회로는 큰 커패시터와 작은 저항기를 연속으로 사용해야 합니다.
2. EMC 고려:
   • 피드백 루프 외부에서 EMC의 RF 대역폭을 제어할 때는 수동 구성 요소만 사용합니다.
   • 모든 연결은 수동 필터나 기타 억제 방법으로 보호해야 합니다.
   • EMC 필터는 모든 IC 관련 필터를 로컬 0V 참조 평면에 연결해야 합니다.
3. 입출력 필터링:
   • 외부 케이블 연결에 필터를 배치하고, 차폐되지 않은 시스템 내부의 모든 와이어 연결을 필터링합니다.
4. 전원 및 접지 관리:
   • 아날로그 IC의 전원 및 접지 참조 핀은 디지털 IC와 동일한 고품질 RF 분리가 필요합니다.
   • RC 또는 LC 필터링을 각 op amp, 비교기 및 데이터 변환기의 아날로그 전원 추적에 사용합니다.
5. 고속 신호 처리:
   • 고속 아날로그 신호의 경우 전송 라인 기술을 사용하고, 저주파 신호의 경우에도 송전선 기술을 사용하는 것이 좋습니다.
6. 임피던스 관리:
   • 높은 임피던스 입력이나 출력을 사용하지 않도록 주의합니다.
7. 차폐 기술 사용:
   • 아날로그 회로에서 균형 잡힌 전송 및 수신 기술을 사용하여 좋은 EMC 효과를 얻고 크로스토크를 줄입니다.
8. 비교기 사용 시 주의사항:
   • 소음 및 간섭으로 인한 잘못된 출력 변환을 방지하기 위해 히스테리시스를 사용합니다.
9. RF 방사선 보호:
   • RF 필드에 민감한 아날로그 IC는 PCB의 접지 평면에 연결하여 작은 금속 차폐 상자를 사용합니다.

번외 (잡담)

번외로 4개월간 회로 설계를 하며 개인적으로 느낀 점에 대해서 간단하게 적어보려고 한다

 

1. 90도로 꺾지 않기, 전원부는 최대한 굵게하는게 아주 좋다

2. 최대한 전원부끼리는 협소하게 설계하기 - 노이즈 때문에

3. 바이패스 커패시터 진짜 이 정도로 덕지덕지 달아도 되나 싶을 정도로 전부 다 달아놓기 (내 기준엔 적어도 그랬다)

4. 데이터 시트를 꼭 찾아보기 (데이터 시트에 찾아보면 어떤 식으로 달아야 하는지 다 나와있음)

5. 설계하고 계속 결함이 있는지 꼭 찾아보기

6. 검증은 멀티미터기로 하는것이다 (육안으로 하지 말고 멀티미터기 쓰세요)

7. 핀을 반대로 설계 할 수 있다는 걸 꼭 인지하자

8. 스케메틱을 할 땐 최대한 간결하게 드로잉하고, 직관적으로 보이게 하자
9. 위의 스케메틱부터 레이아웃까지 문제가 없는데 안된다면 코딩의 문제다