STM32F407 전원부 캐패시터 선택 관련

PCB HW설계 실무 : STM32를 활용한 Mixed-signal 보드 설계 프로젝트

STM32F407 schematic 설계하기

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안녕하세요. 수강중 궁금한게 있어 질문 남깁니다.

데이터 시트 상 각 전원부를 설계하는과정에서 VDD쪽 : 0.1uF 캡 15개와 4.7uF 캡 두개를 사용하는 반면 강의 5:51초의 경우 0.1uF 5개와 4.7uF 1개를 사용합니다.

ADC 전원공급을 위한 VDDA도 데이터시트에 비해 용량이 크게 선정된것같은데 ADC부의 경우 전압의 안정적인 공급?을 위해 용량을 크게 사용했다고 이해했지만 VDD의 경우는 오히려 더 적게 사용되어서 의문이 들어 질문 남겼습니다!

혹시 VDD의 핀이 6개이기에 6개의 캡 조합을 사용한게 맞을까요?

MCU stm32 hardware artwork kicad orcad

답변 2

회로설계 멘토 삼코치

지식공유자

안녕하세요, 답변 남겨드립니다.

STM32F407의 전원부 설계에서 VDD 및 VDDA 핀에 연결되는 디커플링 커패시터의 수량과 용량은 단순히 총합 용량보다 더 중요한 기준이 있습니다. 그것은 바로 핀 수에 따른 국소적인 디커플링 분산, 주파수별 노이즈 대응, 그리고 실장 공간과 비용의 타협입니다.

먼저 데이터시트에서 권장하는 VDD 측 구성은 100nF 커패시터 15개와 4.7uF 1개입니다. 이는 STM32F407이 최대 15개의 VDD/VSS 핀쌍을 가지기 때문에, 각 전원 핀쌍 근처에 하나씩 100nF 커패시터를 배치하라는 의미입니다. 각 커패시터는 국소적인 노이즈를 빠르게 흡수하기 위한 역할을 하며, 이처럼 전원핀마다 개별 커패시터를 분산 배치하는 것은 고속 디지털 회로에서 표준적인 설계 기법입니다.

반면, 강의에서 제시된 회로에서는 100nF 커패시터 5개와 4.7uF 1개로 구성되어 있는 것으로 보이는데, 이는 학습용 보드에서 전체 VDD 핀을 모두 사용하지 않거나, 일부 전원핀을 내부적으로 통합 처리한 간소화된 환경일 가능성이 큽니다. 특히 작은 크기의 보드에서는 공간 및 BOM 비용을 절감하기 위해 권장 스펙보다 간소화한 구성을 취하는 경우가 많습니다. 다만 실무 환경이나 제품 개발 단계에서는 데이터시트의 권장 수치를 따르는 것이 안정성 면에서 바람직합니다.

또한 질문하신 대로 VDD 핀이 6개만 사용되었다면, 최소한 6개의 100nF 커패시터를 사용해주는 것이 적절합니다. 디커플링 커패시터는 수량이 많다고 해서 무조건 용량 합산처럼 취급되지 않으며, 개별 배치된 위치에서의 응답 특성과 효과가 중요합니다. 즉, 100nF × 6개와 600nF × 1개의 응답 특성은 실제 회로에서 매우 다릅니다.

한편 VDDA 전원은 ADC 및 PLL 등 아날로그 회로에 전원을 공급하므로, 전압의 ripple이나 고주파 노이즈에 민감합니다. 따라서 VDDA에는 보통 더 큰 용량의 커패시터(예: 1uF 이상)를 병렬로 구성하며, VREF 라인과 함께 아날로그 성능을 보장하기 위한 별도 필터링(예: 페라이트 비드 포함)을 설계하는 것이 일반적입니다. 따라서 VDDA 쪽 커패시터가 크게 설계된 것은 전원 안정성과 정확도 확보를 위한 합리적인 선택입니다.

결론적으로, VDD 측 커패시터 수량은 사용된 핀 수에 따라 최소한의 개수를 보장하는 것이 좋으며, 강의에서는 간소화된 학습환경을 전제로 한 구성으로 이해하시는 것이 타당합니다. 실무 회로나 제품화 단계에서는 데이터시트의 권장 수치를 그대로 따르는 것이 가장 안정적인 방법입니다.

인프런 AI 인턴

안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. 박우성님께서 질문하신 STM32F407의 전원부 캐패시터 선택에 대한 부분을 설명드리겠습니다.

캐패시터 용량 선택

데이터시트와 설계 기준: 데이터시트는 일반적으로 권장하는 최소 조건을 나타냅니다. 고주파 노이즈 필터링과 전압 안정성을 위해 많이 사용하는 조합은 0.1uF의 디커플링 캐패시터와 대용량의 바이패스 캐패시터(예: 4.7uF)입니다. 데이터시트에서는 최적의 성능 확보를 위해 다수의 디커플링 캐패시터를 권장할 수 있습니다.
강의에서의 선택: 강의에서 언급한 0.1uF 5개와 4.7uF 1개는 최소한의 구성을 선택하여 간단한 데모나 실습 목적으로 활용하기 위한 것일 수 있습니다. 강의에서는 실습과 이해도의 집중을 위해 필수적이지 않은 부분은 줄이는 경우가 있습니다.
VDDA와 VDD 차이: VDDA는 ADC와 같은 아날로그 부품에 안정적인 전원을 공급하기 위해, 일반적으로 더 높은 정밀성과 안정성이 요구됩니다. 따라서 더 큰 캐패시터를 사용하는 것이 표준적인 방법이며, 신호의 정확도를 높이는 데 도움을 줄 수 있습니다. VDD의 경우는 마이크로컨트롤러의 디지털 회로에 전력을 공급하므로, 디지털 회로에서 필요로 하는 전원 안정성을 충족시키는 용량을 선택하는 것이 일반적입니다.
핀 수와 용량 배치: VDD 핀이 6개라면, 각 핀에 충분한 디커플링 효과를 줄 수 있도록 분산시키는 방법도 가능합니다. 이는 전원 공급의 일관성 및 잡음 억제 효과를 높여주기 때문입니다.

이미지 설명

PDF나 이미지에서 보여지는 회로 또한 이러한 방식을 채택할 수 있으며, 각 컴포넌트와 로직 블록은 전체 시스템의 전원 및 신호 관리 아키텍처의 일부입니다. 이러한 사항들은 전기적 노이즈를 최소화하고 회로의 안정성을 보장하기 위해 설계됩니다.

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