인프런 커뮤니티 질문&답변

안녕하세요, 답변 남겨드립니다.

먼저 MCU를 2개 사용하는 이유부터 말씀드리겠습니다. 하나의 MCU로 메인 동작과 디버깅(UART, SWD 등)을 동시에 수행할 수도 있습니다. 하지만 실제 프로젝트에서는 안정성과 개발 효율성을 위해 메인 MCU와 별도의 디버깅용 MCU를 분리하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 메인 MCU가 모터 제어나 ADC 신호처리처럼 리얼타임 성능이 중요한 동작을 수행하는 경우, 디버깅 과정에서 발생하는 인터럽트나 추가 연산이 타이밍에 영향을 줄 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 디버깅 MCU가 별도로 UART, JTAG, SWD 등의 인터페이스를 관리하고, 메인 MCU는 오로지 시스템 동작에 집중할 수 있도록 하는 구조를 택하는 것입니다. 실제로 산업 현장에서는 NXP의 i.MX 계열 SoC에서도 Debug Assist Processor(DAP)라는 별도 디버깅 모듈을 두어 메인 코어의 부하를 줄이는 사례가 있습니다.

두 번째로 ADC 관련 질문에 대해 말씀드리겠습니다. STM32 시리즈 MCU에는 대부분 12비트 혹은 16비트 수준의 SAR ADC가 내장되어 있습니다. 예를 들어 STM32F103의 경우 12비트 ADC(최대 1 Msps)를 지원합니다. 하지만 별도의 고정밀 ADC(예: ADS122C04)는 24비트 해상도와 낮은 노이즈, 높은 선형성, 그리고 저잡음 PGA(Programmable Gain Amplifier)를 포함하고 있어 정밀 계측, 센서 인터페이스 등에서는 내장 ADC로는 만족시킬 수 없는 성능을 제공합니다. 특히 ±0.5 LSB 수준의 INL(Integral Nonlinearity), 100 dB 이상의 SNR, 그리고 온도 안정성 같은 스펙은 MCU 내장 ADC가 제공하기 어렵습니다. 따라서 요구하는 정밀도와 샘플링 속도(SPS vs Msps)에 따라 외부 ADC를 선택합니다. 만약 MCU의 내장 ADC가 해상도, 샘플링 속도, ENOB(Effective Number of Bits) 등 원하는 스펙을 충족한다면 별도의 ADC는 필요하지 않습니다. 예를 들어, 단순 온도 센서 모니터링이나 배터리 전압 측정 정도라면 내장 ADC만으로 충분합니다.

마지막으로 VDD에 병렬로 캐패시터를 연결하는 이유를 설명드리겠습니다. 일반적으로 디커플링 캐패시터(Decoupling capacitor)는 전원 안정화 및 노이즈 제거 목적으로 사용됩니다. 전류가 스텝 형태로 급격히 변할 때, PCB 전원 라인과 전원 공급 장치의 인덕턴스 때문에 순간적으로 전압 강하가 발생합니다. 이때 캐패시터는 식

I = C * (dV/dt)

에 의해 순간적인 전류를 공급해 주어 VDD 전압이 떨어지는 것을 막아줍니다. 또한, 디지털 회로에서 클럭 엣지마다 수십 mA의 전류가 순간적으로 변하는데, 이때 전원 노이즈가 발생하면 ADC, PLL, Op-Amp 같은 아날로그 블록에 심각한 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 일반적으로는 0.1 µF 세라믹 캐패시터를 MCU 핀 근처에 배치하여 고주파 노이즈를 잡고, 10 µF 이상의 벌크 캐패시터를 추가하여 저주파 리플을 보정합니다. 실제 산업 현장에서는 FPGA 보드나 고속 ADC 회로에서도 전원 라인마다 100 nF + 10 µF 조합을 기본적으로 배치하며, 노이즈 민감도가 높은 경우 LC 필터나 페라이트 비드를 함께 사용합니다.

정리하자면, MCU 2개 분리는 안정성과 개발 효율성 때문이며, 별도의 고정밀 ADC 선택은 스펙 만족 여부에 달려 있고, VDD 캐패시터는 전원 품질을 보장하기 위한 필수 요소입니다.