회로) 회로 2.2. 아웃풋

[22 유동수]

IC나 센서 등에서 아웃풋을 내보내면, 그것을 해석하는 회로를 만들어 또 다른 시스템으로 전달해 주는 것이 회로 구성의 핵심입니다. 크게 디지털, 아날로그 아웃풋으로 구분할 수 있습니다.

1) 디지털 아웃풋

디지털 형식으로 아웃풋을 출력하며 비교기, 논리게이트 등에서 쓰입니다. 디지털 아웃풋의 종류는 두 가지로 나뉩니다.

i) Open-Collector/Drain

트랜지스터의 Collector/Drain 핀이 Open 되어있어 이름이 붙여졌습니다. 조건에 따라 트랜지스터가 High-Z(스위치 열림) 또는 Low-Z(스위치 닫힘)상태로 바뀝니다. 그 자체로 스위치처럼 사용할 수 있지만(BMS Discharge Enable 핀 등), 소형 IC의 경우 허용 전류량이 시그널 레벨로 매우 작기 때문에 다음과 같이 회로를 구성합니다.

Pull-Up 저항을 같이 달면 0과 1의 출력을 구현할 수 있습니다. 풀업 저항과 트랜지스터(C-E 혹은 D-S)저항 두 개로 구성된 Voltage Divider 회로를 생각해 봅시다. 풀업 저항으로 47kOhm을 사용했다 가정하면, 트랜지스터 High-Z 상태에서 아웃풋 전압은 서플라이 전압에 가깝게 출력되며, Low-Z일때 아웃풋 전압은 0V에 가깝게 출력됩니다. 이것을 다음 IC나 모스펫 등의 인풋에 전달함으로서 신호 해석이 이루어집니다. 만약 V_out 부분에 PMOS의 Gate를 연결하면 고전류 스위칭 회로를 만들 수 있습니다.

이 방식의 아웃풋의 HI/LO는 다음 IC가 있다 가정했을 때, 그 IC의 인풋에 대해 HI냐 LO냐를 기준으로 결정됩니다. 즉 HI 신호를 출력하는 경우에는 High-Z 상태가 되며 LO신호 출력 시 Low-Z가 됩니다.

ii) Push-Pull

Push-Pull 타입 아웃풋은 PMOS와 NMOS 각 하나씩으로 구성됩니다. 이러한 조합을 Complementary MOSfet, CMOS라 부르며 여러 군데에서 자주 응용되는 방식입니다. Internal Signal에 0V에 가까운 전압이 걸리면, PMOS는 Low-Z, NMOS는 High-Z 상태가 되어 최종적으로 HI가 출력됩니다. LO 출력의 경우 그 반대로 동작합니다.

이름에서 알 수 있듯 전류를 Sourcing 할 수도, Sinking 할 수도 있지만, 오른쪽 그림처럼 회로를 구성하면 단순히 0/1의 디지털 아웃풋처럼 사용할 수 있습니다. 이 경우 Pull-Up/Down 저항은 굳이 필요가 없으나 플로팅에 대비한 안정적 운영을 위해 넣는 것이 좋습니다.

2) 아날로그 아웃풋

아날로그 방식으로, 주로 전압을 선형으로 출력합니다. 브레이크 센서나 전류 홀센서 등이 이 방식을 사용합니다.

2023차량 브레이크센서의 아웃풋 데이터

아날로그 신호는 주로 비교기 회로를 써서 해석합니다. 역시 풀다운 저항을 다는 것이 좋으며, 추가로 커패시터 등을 다는 것도 안정적 동작에 도움을 줍니다.

[22 이영대]

군대 가기 전 1시간 ㄷㄷ