1. MCU 보드 제작기

 "규칙으로 배우는 임베디드 시스템"이라는 책을 읽고 책의 저자가 블로그에 자작 MCU 보드를 만드는 방법을 자세하게 올려두었다는 것을 알게 되었다. 전자회로 설계에 필요한 이론적인 내용뿐만 아니라, 회로설계, PCB 설계에 필요한 실전적인 내용과 적용 사례도 담고 있어서 유익했었다. 회로설계부터 실제 제품 수주까지 한 번 정도는 전 과정을 밟아볼 필요가 생각했고, 블로그를 참고하며 실습을 진행했다. 회로설계, PCB 아트웍을 모두 끝냈고, JLCPCB에 PCB와 PCB Assembly를 의뢰하였다. 보드가 도착하고 테스트를 완료하면 끝날 것 같다. 내용을 정리할겸, 블로그를 작성하기로 하였다. 

 이번 실습의 목적은 STM32F103RBT6 마이크로컨트롤러를 중심으로 하는 범용 보드를 제작하는 것이다. JLCPCB를 업체로 선정하였고, 소자를 선택함에 있어서도 JLCPCB에서 지원하는 소자를 사용하였다. 굳이 이 업체가 아니어도 된다. 회로 설계 및 아트웍은 KICAD를 이용하였다.

 

자작 MCU를 만들어보고 싶다 -> https://blog.naver.com/sohnet

규칙으로 배우는 임베디드 시스템 : 네이버 블로그

 

보드는 다음과 같이 설계되었다.

1. 전원부 : 3.3V, 150mA의 전력을 공급할 수 있도록 한다.
2. 외부 클럭 : 12 MHz RC 오실레이터를 이용하여 구성한다. (원저자는 8 MHz 크리스털을 사용하였다!!)
3. JTAG/SWD 커낵터 : 펌웨어를 업로드할 수 있도록 컨넥터를 연결한다.
4. USB : STM32F103RBT6 소자는 USB 통신을 지원한다. 이를 위해서 USB mini-B 타입의 소켓을 장착하여 통신에 사용할 수 있도록 하나.
5. UART: 디버깅 등을 위해 UART 통신을 할 수 있는 커넥터를 연결한다.
6. 스위치 : BOOT 핀 스위치, RESET 스위치, 사용자 스위치 총 3 개의 스위치를 부착한다.  
7. LED : 전원 LED, 사용자 LED 총 2개를 연결하였다.
8. 나머지 MCU 핀에 대해서는 커넥터를 연결하여 사용자가 임의로 사용할 수 있도록 하였다.
9. 정격 전압, 정격 전류 등에 대해서 일반적으로 x2의 마진을 두었어며, 서징 등 노이즈를 감안하였다.
10. 저항과 커패시터의 경우 0603 패키지를 사용하였으며, 정격 전압과 정격 전력이 16V, 0.1W 이상이면 사용하였다. 모든 소자에 대해서 특성을 충족하면 재고량이 많은 소자를 선택하였고, 되도록 같은 회사의 제품을 사용하려고 하였다. 
11. RF 전자기장 노이즈 보호레벨은 전원, 클럭, 외부 포트와 같이 노이즈가 비교적 심한 경우 레벨 3(150kHz, 150uA), 일반적인 경우는 레벨 2(150kHz, 150uA)를 가정하였다.
12. 온도는 일반적인 사용을 가정하여 -20C에서 60C로 가정하였다. 

 

책을 한 번 읽고 하는 걸 강력 추천!!

 

  우선 MCU 보드의 가장 중요한 MCU를 선정해야 한다. MCU는 STmicroelectronics 사의 STM32F103RBT6 소자를 선택하였다. Cortex-M3 계열의 MCU로 특징은 다음과 같다. ARM 사의 Cortex-M 시리즈는 많은 MCU에 채택된 구조이다. 한 번쯤은 관련된 내용을 보는 것을 추천한다.

 

Cortex-M 시리즈에 대해서 알고싶다 -> https://blog.naver.com/sohnet/222625675412

1.[실습] ARM 시리즈 종류 및 특징

https://blog.naver.com/sohnet/222625683099

2.[실습] Cortex-M3 시리즈 특징

 

STM32F103RBT6 소자 스펙

 

 본인이 제작하는 하드웨어의 용도에 맞추어 적절한 스펙을 가진 MCU 소자를 선택하는 것은 중요하다. 그러나 내가 진행한 실습은 회로 설계를 실습하는 것이 목적이고, 다용도 보드를 제작하는 것이므로 중요도가 높지는 않다. 회로를 설계하는 입장에서 중요한 것은 전기적인 특성이다. STM32F103RBT6의 주요 전기적인 특성은 다음과 같다.

 

 

 

 눈여겨 볼 항목들은 인가될 수 있는 최대 전압과 최대 소모될 수 있는 전류량이다. 최대 전압 이상의 전류가 소자에 인가되면 소자에 손상이 생길 수 있다. 최대 전류량은 의미가 조금 다른데, 일반적으로 정격 전류가 정상적으로 동작할 수 있는 전류량인 반면, 여기서는 소자의 포트에 흐를 수 있는 최대의 전류량을 뜻한다. 회로가 정상적으로 작동하기 위해서는 최대 소모 전류량보다 더 많은 전류를 공급할 수 있어야 한다. 3.3V와 150mA라는 수치가 앞으로 소자를 선장하는 데 큰 기준으로 작용할 것이다. 오늘은 이것으로 글을 마치겠다.