PCB 참조 설계 사용 모범 사례

참조 설계를 좋아하는 설계자도, 싫어하는 설계자도 있습니다. 참조 설계에 대한 의견은 저마다 다르겠지만, 최고의 컴포넌트 회사들은 설계자들에게 컴포넌트의 응용 예시를 보여주기 위해 신제품과 기존 제품을 위한 참조 설계를 공개합니다. 일부 참조 설계는 수준이 매우 높아서 생산급 시스템에 쉽게 적용할 수 있습니다. 반면 어떤 참조 설계는 자재 명세서(BOM)와 블록 다이어그램에만 적합해서 컴포넌트에 관한 대부분의 엔지니어링은 사용자가 직접 수행해야 합니다. 반도체 공급업체들이 참조 설계를 공개하는 가장 큰 이유는 이것이 하나의 마케팅 방식이며, 제품에 사용하는 특정 컴포넌트에 대한 사용자의 충성도를 높일 수 있기 때문입니다.

OEM이나 설계 회사, 소규모 스타트업은 이러한 부분을 중요하게 고려해야 합니다. 참조 설계는 수백만 달러의 제품을 손쉽게 제작할 수 있는 지름길처럼 느껴질 수 있지만, 사실은 참조 설계에서도 주요 컴포넌트에 관한 상당한 수준의 엔지니어링이 요구된다는 것이 냉정한 현실입니다. 특히 스타트업은 참조 설계를 맹목적으로 수용하기가 쉽습니다. 참조 설계에 예시 제품이 제시되었다는 이유만으로 특정한 컴포넌트만을 고집하고 칩셋을 지원하지 않도록 신중하게 판단해야 합니다.신입 설계자나 스타트업으로서 참조 설계가 다음 프로젝트에 적합한지 궁금하다면 참조 설계에 관한 실수를 범하지 않도록 다음 모범 사례를 따르세요.

참조 설계 사용 방법

PCB 프로젝트용 참조 설계를 찾아서 사용하는 방법으로는 여러 가지가 있습니다. 참조 설계는 특정 컴포넌트 또는 컴포넌트 라인이 특정 애플리케이션에 어떻게 사용되는지 보여주기 위해 제작됩니다. 이러한 설계에는 일반적으로 다음 항목이 포함됩니다.

• 블록 다이어그램, BOM 및 회로도: 참조 설계에서 가장 중요한 부분으로, 주요 컴포넌트가 어떻게 연결되고 해당 애플리케이션에 어떤 다른 부품이 필요한지 보여줍니다. 
• PCB 레이아웃 파일: 모든 참조 설계에 PCB 레이아웃이 포함되는 것은 아니지만, PCB 레이아웃이 포함된 참조 설계는 특정 시점에 데모 제품으로 제작되어 테스트되었을 가능성이 높습니다. 
• 설계 라이브러리: 참조 설계에는 설계 내 컴포넌트별로 'eth' 기호와 풋프린트가 기록된 라이브러리가 포함됩니다. 
• 제작 파일: 참조 설계 파일 세트에서는 Gerber 또는 기타 제작 파일을 찾을 수 있습니다.
• 펌웨어 또는 애플리케이션 지원: 제품에 펌웨어, 임베디드 애플리케이션, 데스크톱/모바일 애플리케이션 또는 일부 개발 라이브러리가 필요한 경우 참조 설계에서 이 모든 것을 찾을 수 있습니다.
• 물리적 평가 제품: 일부 회사는 평가 제품을 참조 설계로 활용합니다. 반도체 공급업체 입장에서는 손해를 보는 제품이지만, 참조 설계를 기반으로 애플리케이션을 개발하거나 주요 컴포넌트의 기능을 간단히 테스트할 수 있는 훌륭한 도구입니다.

모든 참조 설계에 위 목록의 모든 항목이 포함되는 것은 아닙니다. 회로도만으로 구성되는 경우도 있고, 참조 설계 구현을 지원하는 컴포넌트 라이브러리조차 없을 수도 있습니다. 심지어 일부 반도체 공급업체는 아무런 지원도 제공하지 않습니다. 이처럼 다양한 경우의 수가 있으므로, 참조 설계를 사용하기로 결정했다면 어느 수준의 지원을 받을 수 있는지 알아보아야 합니다.

필자의 회사는 종종 1세대 제품을 개발하기 위해 스타트업과 협력하며, 대량 생산에 대비하여 제품의 최적화를 준비합니다. 팀에서 새로운 유형의 애플리케이션을 구축해야 하거나 한 번도 사용해 본 적이 없는 컴포넌트로 작업할 때마다 저는 항상 해당 컴포넌트나 시스템을 위한 참조 설계가 있는지 찾아봅니다. 이렇게 하면 적어도 조사 중인 주요 컴포넌트를 지원하는 데 필요한 BOM을 확보할 수 있습니다. 최상의 경우에는 회로 또는 시스템 수준의 설계가 정확할 것이라는 사실을 알 수 있고 반도체 업체가 이를 보증할 수 있으므로 신제품 설계에 따르는 위험을 대폭 완화할 수 있습니다.

이때 목표는 단순히 참조 설계를 새 시스템에 복제하는 것이 아닙니다. 필자의 경우, 시스템에서 주요 컴포넌트를 찾는 데 소요되는 조사 시간이 단축됩니다. 즉, 시스템의 주요 컴포넌트가 무엇인지 그리고 개략적인 수준에서 서로 어떻게 연결되어 있는지 파악할 수 있습니다. 물론 항상 회로도에 추가로 설계하여 적용해야 하는 요건이 있지만, 참조 설계를 통해 이러한 추가 기능을 설계에 어떻게 적용할지에 관한 좋은 아이디어를 얻을 수 있습니다.

참조 설계를 위한 PCB 설계 검토 프로세스

참조 설계의 품질이 충분히 우수하고 몇 가지 주요 컴포넌트를 중심으로 빠르게 엔지니어링을 수행하는 방법이 잘 설명되어 있다면, 이를 설계에 활용하고 해당 컴포넌트 제조업체와 계약할 것입니다. 설계 파일을 받은 후에는 참조 설계의 섹션을 맞춤형 설계에 적용하기 전에 수행해야 하는 몇 가지 작업이 있습니다.

단종/NRND 컴포넌트 확인

최신 상태가 아닌 참조 설계를 다운로드하는 경우, 신규 설계에 권장되지 않거나(NRND) 단종된 컴포넌트가 포함되어 있을 수 있습니다. 설계를 검토하여 이러한 컴포넌트를 확인하고 새 부품으로 설계를 업데이트하세요. PCB 설계 소프트웨어의 공급망 도구를 살펴보면 어떤 컴포넌트가 NRND인지, 단종되었는지 또는 소싱할 수 없는지 파악할 수 있습니다.

모든 컴포넌트 기호 및 풋프린트 확인

오래된 컴포넌트를 교체한 후에는 나머지 컴포넌트에 오류가 있는지 확인해야 합니다. 대형 컴포넌트 제조업체에서 제작한 참조 설계라고 해서 라이브러리에 잘못된 데이터가 없다고 보장할 수는 없습니다. 필자는 주요 컴포넌트 제조업체의 참조 설계에 잘못된 기호와 풋프린트가 다수 포함된 경우도 보았습니다. 따라서 모든 기호와 풋프린트를 확인하여 풋프린트가 설계의 부품 번호와 일치하는지 확인해야 합니다.

체계적인 회로도 정리

참조 설계에 기능을 추가하려는 경우 회로도를 유지하도록 노력해야 합니다. 이를 위해 참조 설계의 회로 블록을 다른 시트로 분리하거나 계층적 회로도를 구축할 수 있습니다. 필자는 참조 설계 부분과 새 회로 부분을 각각 별도의 시트에 배치하는 것을 선호합니다. 프런트 엔드에서 약간의 수고를 감수하면 설계에서 버그를 식별하여 참조 설계 파일과 맞춤 설계 파일 중 어느 파일에서 비롯된 것인지 역추적할 수 있습니다.

가능한 경우 시뮬레이션을 통해 설계 평가

가능하다면 시뮬레이션을 통해 설계의 기능을 평가하세요. 결국에는 완전히 다른 레이아웃을 사용하게 될 것이므로 회로도에서 이 작업을 수행하는 것이 좋습니다. 이 작업을 수행하는 한 가지 방법은 블록을 활용하는 것입니다. SPICE 시뮬레이션을 사용하여 설계의 특정 블록을 살펴보고 예상하는 전기적 동작이 발생하는지 확인하세요.

참조 설계에서 레이아웃을 사용하지 말아야 하는 이유

필자는 회로도와 BOM에 참조 설계를 활용하는 것은 선호하지만, PCB 레이아웃을 활용하여 본인의 설계에 맞게 조정하는 것은 권장하지 않습니다. 물론 레이아웃을 살펴보면서 컴포넌트 배치에 관한 아이디어를 얻을 수도 있고 참조 PCB의 몇몇 회로 블록을 새 PCB로 복사할 수는 있겠지만, 그 이상은 어렵습니다.

참조 설계의 PCB 레이아웃을 활용하는 것을 권장하지 않는 이유는 다음과 같습니다.

• 폼 팩터: PCB 레이아웃이 본인의 폼 팩터 요건을 충족하도록 배열되지 않았을 수 있으며, 본래 참조 설계에 포함되지 않은 다른 중요한 컴포넌트의 배치가 불가능할 수 있습니다. 
• SI/PI: PCB 레이아웃에 신호 무결성, 전력 무결성 및 EMI와 관련된 문제가 숨겨져 있을 수 있습니다. 일부 유명 EMI/EMC 업체는 바로 이러한 이유로 애플리케이션 노트와 참조 설계를 기피합니다. 컴포넌트 제조업체는 기판 설계업체가 아니므로, 해당 업체에서 권장하는 사항으로 인해 시스템에 문제가 발생할 수도 있습니다.
• 테스트: 설계가 테스트를 거쳤는지, 어떤 수준의 테스트가 실시되었는지 파악하지 못할 수 있습니다. 이는 참조 설계의 레이아웃을 면밀히 검토해야 하는 주된 이유이기도 합니다.
• FCC, UL 또는 기타 인증: 테스트 및 인증이 필요한 제품을 개발하는 경우, 참조 설계의 PCB 레이아웃이 인증을 받을 수 있다는 보장이 없습니다.

간혹 참조 설계의 PCB 레이아웃이 엉망인 경우도 있습니다. 물론 기능적 수준에서 작동할 수는 있지만, 이러한 레이아웃은 보통 예시로 제작되므로 생산급 시스템을 완성하려면 대대적인 변경이 필요합니다.

참조 설계를 찾아야 하는 경우, 선호하는 검색 엔진에서 해당 애플리케이션에 대해 검색해 보세요. 여러 컴포넌트 회사에서 제공하는 다양한 옵션을 찾을 수 있습니다. 설계의 형식은 다양할 수 있지만, Altium Designer®의 변환 도구를 사용하면 어떤 참조 설계든 가져와 새 프로젝트를 시작할 수 있습니다. 또한 컴포넌트 도구는 검증된 기호와 풋프린트를 사용하여 설계에서 새 부품을 찾고 배치하는 데 도움이 됩니다.

설계를 완료하여 제조업체와 파일을 공유하려는 경우 Altium 365™ 플랫폼을 사용하면 쉽게 협업하고 프로젝트를 공유할 수 있습니다. Altium 365에서 Altium Designer로 할 수 있는 작업은 이보다 훨씬 많습니다. 제품 페이지에서 자세한 기능 설명을 읽어 보거나 On-Demand 웨비나 중 하나를 확인해 보세요.