인프런 커뮤니티 질문&답변

안녕하세요, 답변 남겨드립니다.

질문 주신 “과제 1은 TI 레퍼런스로 가볍게 한 번 하고, 나머지는 개인 프로젝트로 연속 진행할지”는 실무 관점에서는 한 장의 보드로 끝까지 밀고 가는 쪽이 포트폴리오 가치가 더 큽니다. 이 강의 커리큘럼 자체가 시스템 레벨 파악에서 시작해서 부품 선택, 파워버짓, 블록별 회로도, 그리고 Mixed-signal 레이아웃과 Return path/AGND·DGND 개념 적용(과제 7)까지 한 흐름으로 이어지기 때문에, 하나의 “완성품”으로 누적 산출물을 남기는 편이 학습 효율과 취업 어필이 동시에 좋아집니다.

다만 한 가지 함정이 있는데, 지금 잡아두신 개인 주제(“STM32 + I2C 온도센서 + UART 로그”)만으로는 과제 7의 핵심인 Return path, Analog/Digital GND 분리/연결 개념을 ‘체감’하기가 생각보다 어렵습니다. I2C 속도가 100 kHz~400 kHz라서 저속처럼 보이지만, 실제 레이아웃을 망치는 원인은 데이터 레이트가 아니라 에지 속도입니다. 예를 들어 STM32 GPIO 에지의 rise time을 보수적으로 t_r = 2 ns로 잡으면, 신호의 무릎 주파수는 f_knee = 0.35 / t_r = 0.35 / 2e-9 = 175 MHz 수준까지 올라갑니다. 즉 “저속 통신이라 괜찮겠지”라고 깔끔하게 넘어갈 수 있는 문제가 아니고, GND 기준면이 끊기거나 리턴 전류가 우회하는 순간 EMI/그라운드 바운스/센서 노이즈로 결과가 바로 흔들릴 수 있습니다.

그래서 현실적으로는 “한 보드로 끝까지 가되, 스코프 없이도 차이를 확인할 수 있을 정도의 최소 Mixed-signal 요소를 일부러 넣는” 구성이 가장 적절합니다. 지금 주제에 크게 부담을 늘리지 않으면서도 과제 7을 살릴 수 있는 실무형 예시를 하나 드리면, STM32F103(또는 F4 계열) + I2C 온도센서 + UART는 유지하되, 전원부를 LDO 단독이 아니라 Buck(스위칭) + LDO 2단으로 구성하고, 아날로그 측정 채널을 1개 추가하는 방식이 좋습니다. 예를 들어 12-bit ADC로 NTC(10 kΩ) 분압을 읽거나, 아날로그 온도센서(TMP36류) 출력을 읽으면 “아날로그 그라운드가 왜 조용해야 하는지”가 바로 보입니다. Buck은 1~2 MHz 스위칭이 흔하고, 그 주변의 di/dt 루프가 실제로 보드 전체 노이즈의 주범이 되기 때문에, 리턴 패스 설계가 성패를 좌우합니다. 이 정도 추가는 부품 5~10개 수준(인덕터, 쇼트키/동기형이면 불필요, 피드백 저항 2개, 입력/출력 커패시터 몇 개, 페라이트 비드 1~2개)이라 2개월 일정에서도 충분히 감당 가능합니다.

두 달(약 8주) 방학 기간 기준으로 “설계→외주제작→실물 검증”까지 가려면, 주당 가용 시간을 정량적으로 잡아두는 게 중요합니다. 보수적으로 주 10시간만 확보해도 총 80시간이고, 이 안에 회로/레이아웃/발주/브링업/측정을 넣을 수 있습니다. 체감상 회로도 15~25시간, 레이아웃 20~35시간, 제작/배송 대기 1~2주(이건 시간은 안 먹지만 일정 리스크), 브링업과 디버그 10~20시간, 문서화 5~10시간이 많이 나옵니다. 다른 직무용 프로젝트를 병행하신다고 했으니, 여기서 범위를 키워 이더넷 PHY나 모터드라이버까지 한 번에 넣으면 시간은 금방 120~160시간대로 튀고, 디버그가 “원인 모르는 전체 불량”으로 변할 가능성이 큽니다. 따라서 한 보드로 가더라도 블록 수를 제한하고, 대신 과제 산출물(요구사항/파워버짓/레이아웃 근거/측정 로그)을 촘촘히 남기는 쪽이 실무적으로 이득입니다.

과제 7 관점에서 바로 적용 가능한 조언을 조금 더 구체적으로 드리면, “AGND와 DGND를 물리적으로 쪼개는 것”이 목표가 아니라 “리턴 전류가 어디로 흐르는지 내가 통제하는 것”이 목표입니다. 실무에서 초보가 가장 많이 하는 실수는 아날로그/디지털 그라운드를 칼로 자르듯 분리한 뒤, 신호가 그 틈을 가로지르게 만드는 것입니다. 그러면 신호 리턴 전류가 GND 평면의 최단 경로를 못 가고 우회하면서 루프 면적이 커지고, 그 순간 방사(EMI)와 감도가 같이 나빠집니다. Mixed-signal 보드의 정석은 대개 “연속적인 GND plane(끊김 없는 기준면)”을 유지하고, 배치로 영역을 나누며, 고주파/고전류 루프를 보드의 ‘한 구역’에 가둬두는 방식입니다. 예를 들어 Buck 컨버터의 입력 커패시터–스위칭 소자–인덕터–출력 커패시터로 이어지는 고 di/dt 루프는 면적을 최소로, 같은 레이어에서 짧고 굵게, 그리고 그 아래 레이어에 연속 GND를 두어 리턴이 바로 아래로 흐르게 만드는 것이 핵심입니다. 반대로 온도센서나 ADC 분압 같은 저레벨 아날로그는 그라운드 리턴이 Buck 아래를 지나가지 않도록, 즉 “조용한 GND 영역”에 배치하고 그 영역에서만 폐루프가 형성되게 만드는 게 포인트입니다.

I2C도 수치로 한 번 잡아두시면 좋습니다. 풀업 저항과 버스 캐패시턴스에 따라 rise time이 결정되는데, 근사로 t_r ≈ 0.847 R_pullup C_bus 를 많이 씁니다. 예를 들어 배선과 핀 포함 C_bus = 100 pF로 보고 R_pullup = 4.7 kΩ이면 t_r ≈ 0.847 4700 100e-12 = 0.398 us 정도가 나옵니다. 400 kHz Fast-mode에서 rise time 권장 조건을 만족시키려면(대략 수백 ns 수준), 같은 100 pF 가정이라면 3.3 kΩ로 낮추면 t_r ≈ 0.847 3300 100e-12 = 0.279 us로 확실히 개선됩니다. 이런 계산을 한 번 해두면, “통신이 된다/안 된다”를 감으로 보는 게 아니라, 레이아웃 길이와 풀업 값을 근거로 설계할 수 있게 됩니다.

레이어 구성은 개인 외주 제작 현실을 고려하면 4층이 가장 가성비가 좋습니다. 2층도 가능은 하지만 Return path를 깨끗하게 유지하기가 급격히 어려워지고, 과제 7의 학습 포인트(리턴 패스 설계)를 의도적으로 만들려다 오히려 디버그 지옥으로 가기 쉽습니다. 4층에서 Top에 주요 배치와 신호, L2를 솔리드 GND plane, L3에 전원(3.3 V, 5 V 등)과 일부 신호, Bottom에 보조 신호를 두면, 대부분의 디지털 신호는 “바로 아래 L2로 리턴이 붙는” 구조가 됩니다. 이 상태에서 아날로그 영역은 배치로 분리하고, ADC 기준점(예: 센서 GND, ADC GND)은 가능하면 ADC/센서 근처에서 짧게 모아 L2로 떨어뜨리는 식으로 루프를 작게 만들면, 과제 7에서 요구하는 “Return path를 의식한 레이아웃”을 충분히 설득력 있게 구현할 수 있습니다.

결론적으로는 과제 1만 TI 레퍼런스로 ‘가볍게 맛보기’ 하고 나머지를 다른 주제로 바꾸기보다는, 처음부터 개인 프로젝트를 과제 흐름에 맞춰 잡고, 대신 프로젝트 스펙을 “과제 7이 살아나는 최소 Mixed-signal” 수준으로만 살짝 보강하시는 것을 권합니다. 그렇게 하면 두 달 안에 실물 보드 수령과 브링업까지 현실적으로 가능하고, 결과물도 “한 장의 보드로 시스템 이해→회로→레이아웃→검증”을 보여줄 수 있어서 채용 관점에서도 훨씬 강합니다. 지금 잡으신 “STM32 + I2C 온도센서 + UART”는 난이도 시작점으로는 아주 좋으니, 여기에 Buck 전원과 아날로그 측정 채널 1개만 추가해서, 리턴 패스와 GND 설계의 효과를 오실로스코프(없어도 UART 로그의 노이즈/ADC 분산/센서 값 흔들림으로도 일부 체감 가능)로 확인하는 구성으로 가져가시면 과제 수행 방향성이 깔끔해지실 겁니다.

안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. kyy77님!

현재 과제 진행 방향에 대해 고민 중이시군요. 과정을 효율적으로 학습하면서 동시에 개인 프로젝트를 병행하시려는 계획은 훌륭한 접근입니다. 다음과 같은 방법을 고려해보시면 좋을 것 같습니다:

1. 초기 실습과 레퍼런스 활용:

   • 처음 한두 과제는 TI 레퍼런스 디자인을 활용하여 실습해보는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 기본적인 설계 패턴과 실무 예제를 익히는 데 도움이 됩니다. 특히 TI와 같은 대형 벤더의 디자인은 실제 산업에서의 전형적인 설계를 반영하고 있습니다.
     

2. 개인 프로젝트 선정:

   • 이후에는 개인 프로젝트 주제를 정해, 이를 바탕으로 나머지 과제를 연속적으로 진행하는 것이 효율적입니다. 주제 선정 시, 본인의 관심사와 실무 적용성을 고려하는 것이 중요합니다. 예를 들어, “STM32 기반으로 I2C 온도 센서를 연결해 데이터 수집”과 같은 프로젝트는 펌웨어와 하드웨어를 모두 경험할 수 있는 좋은 예입니다.
     

3. 전체적인 목표 설정:

   • 방학 기간 동안의 목표를 명확히 설정하고, 각 단계(설계, 외주, 검증 등)에 필요한 시간을 계획해보세요. 이를 통해 시간 관리와 프로젝트 진행 흐름을 효율적으로 유지할 수 있습니다.
     

4. 현실적인 수준 고려:

   • 다른 프로젝트와의 병행 가능성을 고려해야 합니다. PCB 설계, 외주 제작, 펌웨어 개발 등의 과정은 시간과 리소스가 요구되므로, 현재의 일정과 목표와의 균형을 잘 맞추어 보세요.
     

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- 초기 PCB 설계를 위한 레퍼런스 활용 이유: 레퍼런스 디자인 활용의 중요성과 방법에 대한 답변입니다.

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