커피 한 잔 마시며 PCB를 보던 어느 날...

전원도 넣었고, MCU도 프로그래밍 잘 됐고, 센서도 연결 완료. 그런데 갑자기 이상한 현상이 생깁니다.
UART로 찍히는 로그가 중간에 끊기고, 센서는 엉뚱한 값을 보내옵니다.

이상하네....코드 문제는 아닌 것 같은데?
혹시...전원이 문제일 수도 있어요.

그제야 떠오릅니다. 전압이 안정적이지 않으면, 회로는 제대로 동작하지 않는다는 사실을요.

전원 무결성(Power Integrity), 왜 중요한가요?

요즘 전자회로, 특히 고성능 MCU, CPU, FPGA 등은 1V 미만의 낮은 전압에서 동작합니다.
이 전압이 조금만 흔들려도 오동작을 일으킵니다.

예를 들어:

* MCU가 리셋되거나 멈춤
* 통신 신호가 깨짐
* 센서 출력이 이상해짐
* 드물게는 디바이스가 손상되기도

이런 걸 막기 위해 전원이 얼마나 안정적이고 깨끗한지 관리하는 게 바로 전원 무결성, 즉 Power Integrity입니다.

리플과 노이즈, 생각보다 무섭습니다

회로에 전기를 공급하는 파워레일(Power Rail).
이 위에 흐르는 전압이 시간에 따라 일정해야 하죠. 그런데 현실은...

* 리플(Ripple): 전원이 물결처럼 흔들립니다. 특히 스위칭 전원(SMPS)에서 주기적으로 생기죠.
* 노이즈(Noise): 옆 회로나 외부 신호에서 섞여 들어오는 불규칙한 잡음이에요.

이 두 가지가 크면?

* 센서 출력 오류
* 통신 데이터 깨짐
* MCU 멈춤

요컨대 리플과 노이즈는 회로의 천적입니다.

그런데 이걸 어떻게 확인하냐고요?

멀티미터로는 못 봅니다.
왜냐하면 멀티미터는 전압의 평균값만 보여주거든요.

그래서 우리는 오실로스코프를 씁니다.

오실로스코프는 전압의 시간에 따른 변화를 보여줍니다.
즉, 리플이나 노이즈 같은 짧고 빠른 흔들림을 눈으로 볼 수 있는 유일한 장비죠.

그런데 이게 말처럼 쉽지 않아요

처음 오실로스코프를 잡아본 초보 개발자, 이런 생각 해봤을 겁니다.

왜 이렇게 파형이 지저분하지?
진짜 리플일까, 내가 만든 노이즈일까?
똑같이 연결했는데 선배가랑 왜 결과가 다르지?

맞습니다.
파워레일 측정은 보기보다 어렵습니다.
낮은 전압, 빠른 리플, 높은 민감도 이걸 정확히 잡으려면 노하우가 필요하죠.

실무자들이 알려주는 실전 팁 5가지

1. 전용 파워레일 프로브를 쓰세요

일반 프로브는 리플이나 노이즈를 놓치기 쉽습니다.
Keysight N7020A 같은 파워레일 전용 프로브가 유리합니다.

2. 접지를 짧고 단단하게 연결

긴 접지 리드는 루프 노이즈의 원흉입니다.
프로브 팁 바로 옆에 짧은 접지 스프링으로 연결하세요.

3. 오실로스코프 대역폭을 제한

너무 넓은 대역폭은 불필요한 잡음까지 보여줘요.
일반적으로 20MHz 또는 100MHz로 제한하는 게 보기 쉽습니다.

4. AC 커플링 모드로 설정

DC를 제거하고 리플과 노이즈만 부각되게 보세요.
파형이 훨씬 명확해집니다.

5. 트리거 설정을 똑똑하게

Normal 모드로 바꾸고 리플 주기에 맞춰 레벨 조정.
안정적인 파형 관찰에 필수입니다.

해석도 실력이다

화면에 이상한 패턴이 보이는데...
이게 리플일까? 스위칭 노이즈일까? EMI일까?

* 반복적이다. 스위칭 주파수
* 불규칙하게 튄다. 외부 간섭일 수 있음
* 부하 변화 때만 튀면? 전원 응답성 문제일 가능성

오실로스코프는 읽는 눈이 반입니다.
장비가 좋아도 해석을 못하면 무용지물이에요.

마무리하며

전자회로의 전원은 밝은 길을 비추는 조명과도 같습니다.
길이 어두우면 아무리 좋은 차도 제대로 달릴 수 없죠.

회로 설계나 디버깅 중 원인 모를 오작동이 계속된다면,
혹시 지금 전원 무결성을 놓치고 있진 않은지 다시 들여다보세요.
그 흔들림은, 오실로스코프만이 볼 수 있습니다.