PCBInside

그림자를 이용해서 빌딩의 높이를 측정해 보라. 빌딩의 그림자는, 잘 해야, 왜곡되고, 어렴풋하고, 부정확하고, 때로는 완전히 틀리다. 그림자는 태양의 각도와 그림자가 드리우는 거리의 경사에 따라서 길거나 짧다. 전체 절차는 부정확한 효과들로 인해서 모호하다.

측량 기사의 트랫짓은 수평과 수직 각도 모드를 측정한다.

측정기사의 트랜짓(수평 각도를 측정하는데 사용되는 도구. 그림 참조) 레벨이 더 정확한 측정을 제공할까? 가능하다. 그러나 여전이 완벽하지는 않다. 트랜짓의 정확도는 장비의 레벨 세트, 오퍼레이터에 의해 조심스럽게 조절되는 프레임과 장비의 스포팅 스코프의 정렬, 장비와 빌딩 베이스 사이에 만들어진 기준 거리 등에 의존한다. 말한 것이 모두 되도 오퍼레이터는 빌딩의 높이를 실제로 측정할 수 없다. 그는 빌딩의 꼭대기 방향을 가리키는 스코프의 근사 위치를 보여주는 유니트의 옆에 볼트로 붙은 각도기의 숫자를 읽는다. 측정은 항상 이런 식으로 된다. 그들은 너가 알고자 하는 것을 드러내지 않는다. 단지 그것의 그림자를 드러낸다.
전압의 측정을 생각해보자. 농구공 만한 구형 도체를 취하고 명주실에 매 달아  땅과 비교하여 10,000V 이상을 대전한다. 너의 팔을 땅과 구체 사이에 벌리고 둘 중 어느것도 만지지는 않는다. 피부에 포텐셜을 느낄 수 있다. 그것은 팔의 털을 빠빳하게 서게한다. 구체가 높게 대전된 것을 알기 위해서 구체를 만질 필요는 없다.
이제, 가장 너의 가장 좋은 스코프 프로브를 같은 공간에 놓자. 그것은 반응하지 않을 것이다. 스코프 프로브는 전압 포텐셜에 반응하지 않는다. 그것은 그것의 천번째 단계 증폭기에서 흐르는 전류에 반응한다. 전류가 없으면 반응도 없다. 고 품질 FET 증폭기라하더라도 그것의 게이트 커패시턴스를 충전하는데 필요한 전류가 필요하다. 구체를 둘러싼 공기가 충분한 전류를 공급할 수 없기 때문에, 구체를 터치하지 않으면 프로브는 반응하는데 실패한한다. - 터치할 경우 즉각적으로 프로브는 파괴될 것이다.
전기적 엔지니어링 언어에서, 좋은 스코프 프로브는 프로브의 입력 임피던스가 DUT의 임피던스를 크게 초과할 때 의미있는 반응을 한다. 임피던스 조건이 맞지 않을 때, 구체 예처럼, 프로브는 경고를 주지 않는다. 그것은 단지 그것이 바라본 잘못된 대답을 주는 그림자만 리포트한다.
완벽한 세상에서, 너는 너의 프로브의 임피던스와 DUT의 임피던스 - 둘 다 주파수의 함수다 - 를 알 것이고 너의 결과에 주파수 의존적 수정 팩터를 적용할 것이다. 실제 세상에서, 그런 상황은 거의 발생하지 않는다.
여기 임피던스 조건을 테스트하는 실용적 방법이 있다. 같은 타입의 두번째 프로브를 준비한다. 첫번째 프로브가 DUT에 연결된 채로 두번째 프로브를 DUT의 같은 점에 적용한다. 두번째 프로브가 측정된 파형을 어떤식으로든 알수 있는 방법으로 변화시켜면, 첫번째 프로브가 아마도 최소한 같은 양의 변화를 유도했다고 가정할 수 있을 것이다. 신호 변화를 최대화하는 프로브를 찾을 때까지 다른 스타일의 프로브를 계속 시도한다. 그런 다음, 그 프로브에 노란 태그를 붙여서 "사용하지 마시오. 캘리브레이션 필요"를 말해준다. 그 방법으로, 좋은 프로브가 너가 다음에 그것을 필요로 할 때 lab에 계속 있을 것이다.

EDN magazine, March 19, 2013. by Dr. Howard Johnson.

1955년부터 1984년까지 CBS에서 방영된 어린이 TV 프로그램 캡틴 캥거루

1962: 내가 6 살 때, 할머니의 집에서, 팬케이크를 먹으며 내가 좋아하는 TV를 보고 있었다. 캡틴 캥거루가 무스씨에게 화면 오른쪽에 잘 보이지 않는 어떤 것에 대해서 말하고 있었다. 할머니가 들어왔다. 그녀는 큰 텔레비젼을 보면서 그녀의 머리를 기울이고 수평 위치 노브를 조정했다. 이미지가 왼쪽으로 약간 이동해서 오른쪽이 더 드러났다. 나는 놀라서 턱을 벌린채로 시선을 고정한 채 앉아 있었다.
그녀가 방을 나갔을 때, 나는 노브를 최대로 돌렸다. 너가 그것을 충분히 끝까지 돌리면, 어떤 일이 일어날까? 세트의 끝을 볼 수 있을까? 카메라맨을 볼 수 있을까? 너 자신을 볼 수 있을까? 내 머리는 질문들로 폭발했다.

1972: 매그나복스 지역 대리점에서 TV를 고치는 여름 일을 했다. 밤에 나의 좋은 친구 글렌 콜리어 - 그는 햄 라디오를 공부 중이었다 - 와 정보를 비교했었다. 우리 둘 다 전자학에 대해서 잘 이해하고 있었다. 일반적인 소년들이라면 야외에 있을 어느 맑은 토요일 오후에, 글렌과 나는 그의 집 거실에 있는 새로운 컬러 TV의 수평 검출기의 코일 연결을 반대로 했다. 그래서 그림 이미지의 좌우가 반대로 되었다. 나는 아직도 그의 어머니 얼굴 보던 걸 떠올릴 때면 웃곤한다. 그날 저녁에 뉴스를 보면서, 그녀가 안경을 벗어 닦고 다시 쓴 후, TV에 무엇인가 잘못된 것을 어렴풋이 알 듯하면서도 그것이 무엇인지 확실하지 않았던 표정 말이다.

1982: 마틴 그래햄 교수는 나를 학생으로 받아주었다. 마티는 장난스러우면서도 진짜 천재였다. 그는 다음 10년을 고속 전자학과 컴퓨터 아키텍쳐를 이해하는데 보냈다. 멘토를 찾는 것은 젊은 엔지니어가 할 수 있는 가장 좋은 경력 이동의 하나이다. 유트브와 위키-이것 그리고 위키-저것 등이 너가 필요한 모듯 것을 말해주는 때에 앞에 말한 것은 좀 이상하게 들릴 수 있다. 그러나 멘토는 지식과 이해 사이의 간격을 채워준다. 멘토는 너에거 영감을 주어 너 자신에 대해서 더 알게 하고 너가 존재 한다고 상상하지 못한 문을 열게 해준다.

1992: 아날로그 전자학, 디지털 회로, 그리고 디지털 이미지 프로세싱 등에서의 나의 경험은 내가 음성 메일, 로보틱스, 데이터 전송, 비디오, 그리고 이더넷 등의 프로젝트를 하게 했다. 각 프로젝트들은 링잉, 크로스톡, 그라운드 바운스, 그리고 파워 시스템 디자인 등에 관한 새로운 레슨을 가르쳐주었다.  그 레슨은 내가 나의 저서와 공개 강의를 통해서 소통하기 시작한 레슨이다. 그러한 종류의 소통은 정보의 수용돌이를 만들었다. 소통 할수록 더 많은 사람들이 그들의 어려움에 대해서 너와 대화하기 원하고, 너는 더 배운다.

2002: 10 년을 세미나 사업에 보냈다. 많은 엔지니어를 알게 되었다. 모든 성공한 사람은 공통된 어떤 것을 가지고 있다. 그들은 그들의 경력을 입력과 출력을 가진 시스템으로 생각하고, 그들이 가고자 하는 방향으로 그들의 경력을 드라이브하는 입력을 배열한다. 그들은 더 많은 사람이 너를 알고, 너의 경험을 더 다양화 해서, 더 좋은 기회를 현실화 한다. 따라서, 그들은 그들을 많은 다른 사람들에게 소개하고 그들에게 새로운 스킬을 가르칠 프로젝트를 고른다. 그들은 영감을 찾는다.

2012: 전 세계에서 세미나를 통해 12,000 학생에게 강의하고, 100,000 권의 책을 팔고, 옥스포드 대학교에서 고속 디지털 에니지니어링 단기 코스 프로그램을 만들고, 놀라운 딸 2을 기르고, 너같은 엔지니어로부터 수천 디자인 이슈의 기술적으로 디테일한 부분에 대해서 듣는 큰 즐거움을 가졌다. 이제 나는 내 세미나 사업의 마무리 계획을 시작했다. 그리고 이것은 나의 마지막 EDN 기사이다. 나는 나 삶의 다음 단계가 무엇을 가져올지 모르지만, 새로운 전자적 개발이 앞에 올 때, 어린이의 궁금함으로 시선을 고정하고 그 앞에 앉아 있는 나를 너가 발견할 수 있을 것이다.

하워드 존슨 박사님의 EDN 매거진 마지막 기사(2013.6.24)에서 번역

Q1) 대부분의 고용량(전류 1A 이상) 의 레귤레이터 출력단에 전해 커패시터를 사용합니다. 1uF/1A 정도로 recommend 되고요. 이 캡이 평활용 캡으로 리플 노이즈 제거에 이용된다고 알고 있습니다. Q=CV에서 C값이 커지므로 V(ripple)이 낮아집니다. 그래서 대부분 큰 용량의 캡을 사용한다고 알고 있는데.. 맞는지요?

A1) 먼저 권장 커패시터 값이 1uF/A 라는 것은 어디에서 언급되었는지 궁금하군요.

용량값의 크기는 부하에서 사용되는 전류량, 레귤레이터의 응답 시간(스위칭 레귤레이터의 경우 스위칭 주파수와 외부 인덕터), 리플 리젝션 정도 등에 따라서 결정될 것입니다.

대게 사용할 레귤레이터가 결정되면, 사용 전류나 응답 특성이 결정 됩니다. 그런데 그것에 대한 특성은 제조사가 잘 알지요. 그래서 일반적으로 제조사는 어플리케이션 회로도를 주지요. 거기 나오는 값들은 레귤레이터를 허용된 스펙 내에서 범용적으로 사용하는 값으로 왠만하면 잘 작동합니다. 그대로 사용하면 무난합니다. 특히 스위칭 레귤레이터의 경우 스위칭 주파수와 코일 그리고 평활 콘덴서의 조합이 광범위 합니다. 가급적 제조사 가이드를 따르는 것이 좋습니다.

레귤레이터의 동작은 마치 이상 전원에 인덕터를 직렬로 연결한 것과 비슷합니다. 따러서 커패시터가 없으면 부하가 전류를 소모하는 양이 변할 때마다 공급 전압이 위 아래로 출렁거려 문제가 됩니다. 커패시터의 값은 레귤레이터의 등가 인덕턴스 값을 보상할 정도가 바람직 합니다. 너무 크게 되면 오히려 고주파 부분에 바람직하지 않습니다. 왜냐하면 큰 커패시터들은 인덕턴스 성분도 크기 때문 입니다.

그리고 위에서 언급한 Q=CV는 콘덴서(커패시터) 용량이 같다면 전하량이 전압에 비례한다는 말 입키다. 즉 전압을 높이면 더 많은 전하를 충전시킬 수 있다는 말입니다. 혹은 사용 전압이 같다면 용량이 클수록 많은 전하를 저장한다는 말이지요. 이것만 보면 C값이 크면 충전이 많이 돼니까 당연히 리플에 유리한 것 처럼 보입니다(실제로 100Mhz 이하 저주파 동작 위주면 유리할 가능성이 큽니다). 커패시터로 전류가 흘러 들어가고 흘러 나오는 경로에 ESL이 동일하면 맞는 설명입니다. 그런데 일반적으로 C가 커지면 ESL도 커져서 충방전의 원활함에 영향을 줍니다. 충전은 많이 했는데 공급에 병목이 생기면 커진 효과를 보는 것보다 병목으로 인한 손해를 볼 수 도 있지요.

Q2) 이런 대용량 캡의 경우 출력에서 로드까지의 길이가 긴 경우, 출력 단에 가깝게 배치하면 되는지요? 만약 출력에서 로드까지의 길이가 긴 경우, 라인 중간에 더 배치를 해야되는지요? 대부분 출력단에 대용량 캡 실장 후 로드단에 저용량 세라믹 캡으로 노이즈를 감소시킵니다. 대용량 캡의 역할과 위치가 궁금합니다.

A) 커패시터를 사용하는 목적은 리플(노이즈)을 리플원(노이즈 소스)에서 다른 깨끗한 곳으로 퍼져나가지 못하게 하기 위함입니다. 리플은 어떤 주파수 성분을 가지고 있습니다. 그것은 신호가 주파수 성분을 가지고 있는 것과 비슷합니다. 따라서 어떤 리플을 제거하려면 그 리플이 가지고 있는 주파수 성분 대역에서 디커플링 특성이 좋아야 합니다. 대용량 커패시터의 경우 낮은 공진 주파수(디커플링에 유효한 주파수)를 가지고 있습니다. 반면 칩 커패시터같은 소용량 커패시터는 높은 공진 주파수를 갖습니다. 따라서 대용량 커패시터는 저주파 리플이 발생하는 부위에 배치를 해야하고 저용량 커패시터는 고주파 리플이 발생하는 부위에 배치해야 합니다. 레귤레이터는 전형적인 저주파 리플원 입니다. 따라서 대용량 커패시터를 근처에 배치해야 합니다. 일반적인 IC류 들은 중고주파 동작을 하니까 중고주파 리플원 입니다 따라서 저용량 커패시터를 근처에 배치해야 합니다.

이때 IC류도 저주파 동작도 포함할 수 있기 때문에 대용량 커패시터가 필요하지만 저주파는 거리 멀어도 크게 문제가 되지 않기 때문에 레귤레이터의 그것으로 효과를 볼 수 있습니다. 다만 레규레이터와 부하의 거리가 매우 먼 경우에는 부하 근처에도 대용량 커패시터를 배치할 수 있습니다.

대용량 커패시터는 소용량에 비해서 커버리지가 매우 넓기 때문에 레귤레이터의 부하가 여러 개 일 경우 각각마다 달지 않고 하나로 거버할 수 있습니다. 다르게 말하면 소용량 커패시터는 커버리지가 매우 작기 때문에 부하마다 개별로 근처에 달아주어야 합니다.

참고: 아래 그림은 대용량 커패시터와 소용량 커패시터 2개의 임피던스 특성을 주파수 영역에서 보여주고 있습니다. 저주파 커패시터는 대략 600 Khz의 공진 주파수를 가집니다. 반면 저용량 커패시터는 40 Mhz의 공진 주파수를 가집니다. 600 Khz 근처에서 보면 저주파 커패시터의 임피던스는 10ohm 전후 입니다. 매우 높습니다. 따라서 고용량 커패시터는 600 Khz 노이즈를 효과적으로 제거할 수 없습니다. 반면 대용량 커패시터는 0.1ohm 이하로 효과적으로 600 Khz 노이즈를 제거할 수 있지요. 반면 100MHz에서 보면 대용량 커패시터는 1ohm이 넘는데 소용량 커패시터는 0.1ohm 정도 밖에 되지 않습니다. 소용량 커패시터가 대용량 커패시터보다 10배 낮은 임피던스를 제공해서 100 Mhz 노이즈 성분을 10배 더 효과적으로 제거할 수 있습니다.

※ 지금까지 내용은 제너럴한 내용으로, 모든것은 특정 경우에 따라 달라질 수 있으므로 상황에 맞게 대체해야 합니다,