규칙으로 배우는 임베디드 시스템

회로 설계 및 PCB 설계 규칙

장선웅 지음

북랩 2022년 12월 18일 출간 종이책 : 2022년 11월 18일 출간

작품소개

책소개

베테랑 엔지니어의 전기/전자 임베디드 시스템 개발을 위한 확실한 로드맵!

“이 책을 읽는 가장 좋은 방법은 소설책 읽듯이 반복하여 읽어 기초 이론과 시스템 개발 규칙 간의 연관관계에 대해 이해하는 것입니다.”

전자 시스템에 대한 기본적인 이론을 배웠지만, 막상 실무에서는 사용하지 못하는 사람이 많다.
이런 현상은 개별적으로 배운 이론들이 시스템 개발에서 어떻게 사용되는지에 관한 전반적인 내용을 모르기 때문이다. 이 상태에서는 개발 경력이 길어지더라도 진행해온 업무 지식이 온전히 자기실력으로 쌓이지 않는다.
근래에는 아두이노나 라즈베리파이와 같은 공개 플랫폼으로 기능을 충분히 쉽게 구현할 수 있기때문에, 혹자들은 전자 시스템 개발이 쉽다고 말한다. 하지만, 기능 구현뿐 아니라 높은 성능, 안정성, 노이즈에 강건한 시스템 개발은 결코 쉬운 일이 아니다. 이런 강인한 시스템을 개발하기 위해서는 많은 이론과 그 이론에 근거한 개발 노하우가 필요하다.
이런 이유로, 이 책은 전반적인 기초 이론을 다시 정리하고 그 이론을 사용하는 방법에 관해 이야기한다. 또한 시스템 개발 규칙을 만들기 위한 이론과 방법에 대해서도 다룬다. 이미 수많은 엔지니어의 경험에 의해 만들어진 경험 규칙(Rule Of Thumb)을 살펴보고 어떤 이유로 어떻게 나오게 되었는지 파악해야 한다. 그래야 자기 시스템에 맞춰 규칙을 수정하고 해석하여 자기 것으로 만들 수 있다.

목차

I. 시스템(SYSTEM) 이론
1. 선형 시스템과 신호의 종류
1.1. 선형 시스템
1.2. 신호의 종류

2. 신호의 주파수 분해
2.1. 시간 영역과 주파수 영역
2.2. 퓨리에 급수
2.3. 퓨리에 변환

3. 시스템의 출력 해석
3.1. 시간 영역의 컨볼루션
3.2. 주파수 영역 해석의 퓨리에 변환
3.3. 시간/주파수 영역의 라플라스 변환

4. 전달함수
4.1. 라플라스 전달함수
4.2. 블록 다이어그램
4.3. 보데선도

5. 시스템의 응답 특성 항목
5.1. 시간 영역의 응답 특성 항목
5.2. 주파수 영역의 특성 항목
5.3. 구형파로 보는 시간 영역과 주파수 영역의 관계

6. 전달함수의 표준 형식
6.1. 1 차 표준 시스템
6.2. 2 차 표준 시스템

7. 시스템의 안정성
7.1. 시스템의 감도
7.2. 시간 영역에서의 안정성
7.3. 주파수 영역에서의 안정성
7.4. 위상여유와 계단 응답 특성의 관계

II. 전기/전자 기초 이론
1. 전기/전자 기초
1.1. 전압과 전류

2. 전기/전자 기초
2.1. 저항, 커패시턴스, 인덕턴스
2.2. 임피던스

3. 전기/전자 소자 이론
3.1. 전기/전자 소자의 구분
3.2. 전기/전자 소자 기초 특성의 이해
3.3. 저항 소자
3.4. 커패시터(콘덴서)
3.5. 인덕터
3.6. 다이오드
3.7. 트랜지스터
3.8. MOSFET
3.9. OPAMP
3.10. CMOS 와 TTL

III. 노이즈(Noise) 기초 이론
1. 노이즈 종류

2. 노이즈의 경로에 의한 구분
2.1. 전도성 노이즈
2.2. 유도성 노이즈
2.3. 방사 노이즈(전자파)

3. 노이즈의 방향에 따른 분류
3.1. 노멀 모드 노이즈
3.2. 코몬 모드 노이즈

4. 접지(Grounding)
4.1. 그라운드에 대해
4.2. 접지의 목적 및 종류
4.3. 접지의 방법적 구분

5. 링잉 노이즈의 해석
5.1. RLC 모델링을 통한 링잉 해석
5.2. 전송선로 이론을 통한 링잉 해석
5.3. 전송선로 판단 기준
5.4. 임피던스 매칭 방법

6. 부하의 종류와 노이즈
6.1. 저항성 부하
6.2. 인덕턴스 부하
6.3. 커패시턴스 부하

7. 전기/전자기기 EMC 인증 규격
7.1. EMC 의 의미와 인증 시험
7.2. EMS(전자파 내성)
7.3. EMI(전자파 간섭)

8. 전기안전 인증 규격
8.1. 규격 판단 기준 용어
8.2. 공간거리 및 연면거리
8.3. 전기안전 시험 항목

IV. 회로 및 PCB 설계 절차

V. 회로 설계 규칙
1. 회로 설계 규칙 세우기
1.1. 회로 기능
1.2. 회로 성능
1.3. 회로 안정성
1.4. 회로 안전
1.5. 기타

2. 상용 전원 회로와 보호 소자
2.1. 과전류 보호 회로
2.2. 과전압 보호 회로
2.3. AC-DC 전원 변환
2.4. 디지털 회로 보호 소자

VI. PCB 설계 규칙
1. PCB 기초
1.1. PCB 기본 구조
1.2. PCB 제조 공정
1.3. PCB 설계 순서

2. PCB 레이어 결정 규칙
2.1. PCB 레이어 구조
2.2. PCB 레이어 사용 규칙

3. 부품의 배치(레이아웃) 규칙
3.1. 부품 배치의 분할 계획
3.2. 부품의 배치 순서
3.3. 링잉 및 EMI 대응 이격 거리
3.4. 배선의 용이성
3.5. 전기적 안전 및 발열 안전
3.6. SMT 를 고려한 배치 및 부품 방향

4. 신호선 배선 규칙
4.1. 일반적인 배선의 순서
4.2. 패턴의 두께와 넓이
4.3. 패턴의 간격 규칙
4.4. 배선의 규칙
4.5. 비아의 사용 규칙
4.6. 전원 및 그라운드 배선의 규칙
4.7. 고전류/EMC 노이즈/발열 등 취약 지역 보강

VII. [참고]기능 검사 및 신뢰성 검사

책 속으로

“하드웨어 엔지니어와 소프트웨어 엔지니어가 함께 알아야 시너지가 발생합니다.”
전기/전자 시스템 개발에 있어 엔지니어들이 공통된 이론을 알고 있어야 서로 아이디어를 공유하고 제안하며, 새로운 기술로 도약할 수 있는 시너지를 발휘할 수 있습니다.
이런 이유로 소프트웨어 엔지니어도 하드웨어에 대한 지식이 있어야 하고, 그 목적으로 하드웨어 개발의 기본적인 이론들을 담고 싶었습니다.
- 저자의 말 1

“이 책이 전기/전자 시스템 개발 전문가로 가는 길잡이 역할을 할 수 있을 것입니다.”
전기/전자 시스템에도 수많은 분야가 존재합니다. 이 책을 읽는다고 모든 분야의 전문가가 될 수는 없습니다. 다만, 이 책에서 소개하는 기본 이론들은 해당 분야의 전문가로 빠르게 될 수 있는 길잡이 역할을 할 수 있으리라 생각합니다.
- 저자의 말 2

작가정보

저자(글) 장선웅

1999년도 충남대학교 메카트로닉스학과를 졸업했다. 이후 반도체 팹리스 업체에서 18년 동안 엔지니어로 근무하면서, 특허청장 표창을 받은 이력이 있다.