혼합 신호 레벨 시프팅을 더욱 콤팩트하게 만들기

작성 날짜: 2026/07/1 수요일
업데이트 날짜: 2026/07/8 수요일

At a Glance

레벨 시프팅은 일반적으로 전용 IC를 사용한 디지털 신호용으로 제공되지만, 아날로그 또는 혼합 신호 인터페이스를 위한 솔루션은 없습니다. GreenPAK은 이러한 애플리케이션에 대해 고도로 통합된 솔루션을 제공합니다.

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전압 변환은 일반적으로 순수한 디지털 문제로 여겨집니다. 예를 들어 1.8V 디바이스가 3.3V 디바이스와 통신해야 하고, 3.3V 디바이스는 다시 5V에서 동작하는 다른 디바이스와 상호작용해야 하는 경우가 있습니다. 이런 경우에는 보통 입력단이 예상 신호 레벨을 처리할 수 있는지 확인하고, 저항이나 전용 레벨 시프터 IC로 레벨을 조정합니다. I2C 또는 SPI 인터페이스와 같은 디지털 데이터의 경우에는 해당 규격에 맞는 레벨 시프터 IC를 사용하는 것이 가장 일반적입니다.

저희 경험상 레벨 시프팅은 디지털 시스템보다 아날로그 시스템에서 훨씬 더 자주 발생하지만, PCB에서 아날로그 레벨 시프팅을 구현할 수 있는 소형 솔루션은 거의 없습니다. 그럼에도 아날로그 시프팅은 디지털 설계에서와 같은 이유로 여전히 중요하며, 회로 설계자가 레벨 시프팅을 위한 회로 기반 솔루션을 고안하는 데 더 많은 노력을 기울이게 만듭니다. 아날로그 및 혼합 신호 시스템에서는 이를 더 컴팩트하게 구현할 수 있는 방법들이 있으며, 이 글에서 이를 살펴보겠습니다.

디지털 레벨 시프터

디지털 신호의 레벨 시프팅은 개별 부품으로 회로를 구성해 수행할 수도 있지만, 이러한 회로의 속도와 복잡성을 고려하면 레벨 시프터 IC를 사용하는 편이 더 합리적입니다. 이러한 부품은 별도의 전원 공급 장치에서 제공되는 전압을 기반으로 디지털 신호에 대해 두 전압 레벨 간 직접적인 레벨 시프팅을 제공합니다. 이러한 부품은 반도체 제조업체들 사이에서 널리 사용되며, 사양은 서로 다르더라도 공통된 핀아웃과 패키지를 사용하는 경우가 있습니다.

레벨 시프터의 중요한 전기적 사양에는 다음이 포함됩니다.

지원 인터페이스(I2C, SPI 등)
출력 슬루율 및 클록 주파수/데이터 전송률 한계
방향성(단방향 대 양방향)
온 상태 저항
회로 보호 또는 구성 가능한 슬루율과 같은 추가 통합 기능

일반적으로 이러한 부품은 단일 종단 인터페이스를 지원하며, 표준화된 인터페이스이거나 오픈드레인 또는 푸시풀 방식의 단순 GPIO 레벨 시프팅일 수 있습니다. 또한 일부 부품은 시프터 한쪽에서 매우 넓은 입력 전압 범위를 지원할 수 있습니다. 예를 들어 Renesas part number RH4Z2501은 라인 드라이버로도 동작하며 최대 36V의 입력 전압을 지원할 수 있습니다.

양방향 레벨 시프터에서는 패드 배열이 부품 패키지의 양쪽에 배치되는 경우가 많습니다. 아래에는 Texas Instruments의 TXV0108(독자 규격 RGY 패키지 옵션) 예가 나와 있습니다. 이러한 핀 배열은 팬인과 팬아웃을 훨씬 더 단순하게 만들어 줍니다.

디지털 레벨 시프터의 패드 배열은 PCB 레이아웃에서 부품 양측의 입력/출력을 직접 라우팅할 수 있게 해줍니다.

아날로그 레벨 시프팅 회로

아날로그 레벨 시프팅은 DC 오프셋을 적용하거나, 아날로그 신호의 피크 전압을 증가 또는 감소시키거나, 혹은 이 둘을 동시에 적용하여 아날로그 신호의 레벨을 조정하는 것을 의미합니다. 이는 보통 맞춤형 회로로 구현되며, 일반적으로 연산 증폭기를 사용합니다. 또한 레벨 시프팅 과정에서 노이즈 정리를 위해 추가 필터링을 적용하는 것도 흔합니다.

어떤 엔지니어에게 묻느냐에 따라, 아날로그 신호에 동일한 유형과 크기의 레벨 시프팅을 적용하는 여러 가지 방법을 접할 수 있으며, 각각은 서로 다른 신호 유형이나 주파수 범위(또는 둘 다)에 맞춰져 있습니다. 실제로 이것이 특정 토폴로지를 가진 전용 아날로그 레벨 시프터가 IC로 거의 만들어지지 않은 이유일 가능성이 큽니다. 그렇다고 해도, 아날로그 신호에서 레벨 시프팅을 구현하는 몇 가지 흥미로운 방법들을 확인할 수 있습니다.

연산 증폭기 기반 솔루션
ADC-MCU-DAC 신호 체인 설계
연산 증폭기 + ADC/DAC 솔루션
저항 분배기 기반 회로(스텝다운용)
양방향 버퍼 솔루션

이는 아날로그 신호 레벨 시프팅에 사용할 수 있는 접근 방식 중 일부에 불과합니다. 선택지가 매우 많기 때문에, 왜 통합 솔루션을 찾기 어려운지 분명히 이해할 수 있습니다. 바로 이런 점에서 혼합 신호 프로세서가 아날로그 레벨 시프팅을 위한 통합 솔루션으로 가치를 제공할 수 있습니다.

GreenPAK에서의 혼합 신호 레벨 시프팅

디지털 설계를 위한 솔루션은 분명히 많고, 아날로그 설계를 위한 레벨 시프팅 솔루션도 구축할 수 있습니다. 그렇다면 혼합 신호 인터페이스는 어떨까요? 이러한 부품은 실리콘에서 맞춤 설계되어야 하며, 바로 그것이 GreenPAK와 같은 프로그래머블 혼합 신호 프로세서로 가능한 일입니다.

GreenPAK 부품에서는 설계자가 혼합 신호 매크로셀을 구성하여 디지털 및 아날로그 신호의 레벨 시프팅을 동시에, 심지어 비동기 방식으로도 수행할 수 있습니다. GreenPAK 디바이스는 필요에 따라 디바이스 내에 추가 논리 처리를 구현하면서 여러 신호의 동시 레벨 시프팅을 지원합니다. 이는 설계자가 표준 디지털 인터페이스, 맞춤형 로직 또는 둘 다를 아날로그 신호 레벨 시프팅과 함께 수용할 수 있음을 의미합니다.

GreenPAK 부품의 그래픽 프로그래밍.

Renesas GreenPAK의 개발 도구는 설계자가 전용 레벨 시프팅 기능 또는 내장 기능으로서의 레벨 시프팅을 제공하는 완전 맞춤형 디지털, 아날로그 또는 혼합 신호 IC를 개발할 수 있게 해줍니다. 이러한 프로그래머블 혼합 신호 프로세서는 추가 로직 기능을 실리콘에 직접 구현해 통합할 수 있으므로, 더 작고 더 효율적인 시스템을 가능하게 합니다.

자세히 알아보려면 GreenPAK 부품과 참조 예제를 살펴보세요.

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