편하게 보는 전자공학 블로그

인공지능개론을 듣고 있는데 교수님이 매우 칭찬하셨던 영상이 기억에 남았습니다.

바로 욜로입니다.

여기서 YOLO의 뜻은 You Only Look Once 입니다.

수천 번의 분류와 수천 번의 신경망의 판독을 거치지 않고 

단일 네트워크로 한 번에 빠르게 판단하기 때문에 붙여진 이름입니다.    

홈페이지도 다크넷에 맞게 어둡고 신비롭습니다.

또한 영상도 적절한 음악을 넣어서 보기 좋게 만들어서 어필 또한 잘했다고 생각합니다.

https://pjreddie.com/darknet/yolo/ 에 친절하게 코드와 사용법까지 모두 첨부되어있습니다.

https://tv.naver.com/v/2494042/list/179826 는 테드 강연입니다.

가진 기술을 무료로 배포하고 사용할 수 있게하다니 정말 멋있는 사람입니다.

관심있는 분들은 시청해보세요 ㅎ

공정이 점점 미세화 되고 있습니다.

10나노 공정 7나노 공정 이런 이야기가 많이 들리는데 10나노 7나노는 무엇을 의미할까요?

10나노는 회로 선폭을 이야기합니다.

이렇게 미세화 되면 반도체에 어떠한 변화가 생길까요?

이렇게 스케일링이 작아지면

Lg(게이트 길이), Tox(절연체 두께), Vd(전압) 등이 1/k배로 작아집니다.

여기서 전류 또한 1/k배로 작아지게 됩니다.

Switching frequency는 k배로 증가하게 됩니다.

이건 역으로 딜레이는 1/k배로 감소한다는 뜻입니다.

Power는 배로 작아집니다. (전류, 전압 둘다 1/k배이니까)

하지만 여기서 문제들이 생기게 됩니다.

먼저 Short-Channel Effect입니다.

DIBL, GIDL, Punch through 등이 있습니다.

이와 같은 문제점들이 있습니다.

제어 쪽 공부를 하다보면 무조건 마주치고 많이 들어본 PID제어!

로봇 분야, 라인트레이서, 특히 요즘은 드론에 활발하게 사용되고 있습니다.

PID는 Proportional Integral Derivative 의 약자로 각각 비례, 적분, 미분의 뜻 입니다.

P, I, D 보통 세 개 모두 사용하여 제어를 합니다.

세 개 중 일부를 사용하지 않으면 생기는 단점들이 있기 때문입니다.

PID를 이해하기 좋은 움짤입니다.

https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

이제 중요한 설명을 하겠습니다.

P로 빠르게 목표값과 비슷하게 끌어올립니다.

하지만 P로 정확히 원하는 값으로 맞추기는 어렵습니다.(정상상태의 오차가 존재할 수 있습니다.)

I로 정상상태 오차를 없애줍니다. 원하는 값으로 끌어 올리는 것이죠.

그리고 D로 오버슈팅을 없애 줍니다. 초반에 목표값보다 크게 물결처럼 발생한 것을 오버슈팅이라고 합니다.

https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

PID 공식입니다.

e는 오차로 목표값에서 현재값을 빼서 얻는 값입니다.

제어시스템을 수강하며 I값을 바꿔가며 시뮬레이션을 돌린 결과입니다.

또한 시뮬레이션을 돌리며 얻은 내용입니다.

드론에서 원하는 방향으로 움직이거나 회전할 때 PID를 사용하여 각각의 모터 속도를 제어합니다.

드론 관련해서는 워낙 오픈소스나 라이브러리가 많기 때문에 원리만 간단히 이해하시고 개발하시면 될 거 같습니다 ㅎ

반도체 공부를 하다가 보면 High k, Low k 이야기가 자주 나옵니다. 

여기서 k는 유전상수(dielectric constant)입니다.

여기서 유전상수가 클수록 더 많은 전하량을 축적할 수 있게 됩니다.

그러면 어떤 경우에 High K 물질을 사용하고 Low K 물질을 사용할까요?  

http://www.physics.rutgers.edu/Bartgroup/HighK.htm

위 구조를 보았을 때 Metal과 Si 사이의 절연막이 있습니다.

공정이 점점 미세화 되면서 절연막도 얇아지고 있습니다.

이에 따라 누설전류가 발생하는게 문제가 되고 있습니다.

이를 방지하기 위해 유전율이 높은 High-K 물질을 절연막으로 사용하고 있습니다.

이러면 다 High-K를 쓰면 좋을 거 같은데 어떤 경우에 Low-K 물질을 사용할까요?

위와 같은 절연막 말고 Metal 도선 같은 경우에는 Low-K를 사용합니다.

그 이유는 무엇일까요?

바로 딜레이 문제입니다.

https://kkhipp.tistory.com/62

RC딜레이 관련 포스팅입니다.

메탈 도선에 High k 물질을 사용하면 RC딜레이가 커지기 때문에 Low-K를 사용합니다.

High k = 누설전류 방지, Low k = RC 딜레이 방지

우선 둘 다 배터리와 관련된 용어입니다.

(PCM은 꼭 배터리만을 위한 용어는 아니고요)

https://www.aliexpress.com/item/1S-3-7V-3A-li-ion-BMS-PCM-battery-protection-board-pcm-for-18650-lithium-ion/32749481610.html

이렇게 BMS, PCM이 합쳐져서 제품으로 나옵니다.

배터리 제품들은 여러 개의 셀이 팩으로 만들어져 사용됩니다.

이 셀들이 전압이 다르다면 수명이 줄어들고 스웰링(부품)현상 등이 일어납니다.

이와 같은 문제들을 방지하려고 이런 보호회로(PCM, BMS)를 사용합니다.

그러면 이제 BMS, PCM을 알아보겠습니다.

PCM(Protection Circuit Module)

과충전 보호 기능 - 과충전 되면 화학 반응 가능성이 있기 때문

과방전 보호 기능 - 과방전이 되면 전지 손상 가능성이 있기 때문

과전류 차단 기능 - 전지나 회로 손상을 막기 위하여

단락 보호 기능 - 쇼트 방지

BMS(Battery Management System)

통신 기능 - 배터리 정보 통신

모니터 기능 - 배터리 잔량, 온도, 압력, 전압, 전류 등 모니터링 

계산 기능 - 잔량, 기록 등 계산

셀 밸런싱 기능 - 셀 전압 맞추기(저항을 통해 열로 소비하던가 충전 전류를 다르게 하던가 병렬로 맞추기) 등

                      액티브 밸런싱 - 충전과 동시에 밸런싱

                      패시브 밸런싱 - 밸런싱만 

결국 BMS는 잔량, 전압, 온도 등을 모니터링 하여 과도한 충전, 방전을 방지하여 

배터리의 안정성과 신뢰성을 높여준다.

결론적으로 PCM은 보호! BMS는 관리!

전기차 때문에 BMS의 중요성이 커지고 있다.

SoC = 충전 상태, SoH = 예상 수명

아날로그 회로 설계를 읽고

스텝다운 스위칭 레귤레이터

많은 경우에 레귤레이터로 일차 전압을 낮춰야한다. 

선형 변형기로도 가능하지만 스위칭 기반만큼의 효율을 얻기 힘들다.

앰프도 클래스 D(스위칭 기반)이 제일 좋지 않은가!

출력전압(DC 전위)은 입력보다 낮다 (인덕터가 스위치 ON 시간에 전류를 제한하기 때문)

이상적으로는 전압 스텝다운 변환에서는 전력을 소모한는 소자가 없다.

스텝다운은 효율이 높다.

스위칭 레귤레이터 설계를 위한 일반적인 고찰

인덕터 선택

자성체 과년 사항들은 스위칭 레귤레이터 설계에서 흔히 문제를 일으킨다. 

인덕터가 자속을 감당할 수 없는 상황이 오면 포화되어버린다.

용량이 낮은 자심에 감아서 만든 높은 값의 부품은 시작은 좋지만 급격히 포화 상태로 향한다.

현실적으로 적절한 인덕터를 선택하는 법은 무수히 많은 인덕터들을 테스트해서 선별하는 것이다.

기판배치

주요신호, 주파수 보상, 되먹임의 복귀 전류등을 높은 값의 복귀 전류와 섞지 말아야 한다.

AC와 DC 성능의 균형을 잘 맞추는 접지 방법을 마련해야 한다. 이런 경우에 접지 면이 도움이 된다.

다이오드

Breakdown 조건과 전류 조건, 스위칭 규격 확인!

스위칭 규격은 역방향 회복 시간(순방향으로 전류를 흘린느 주기 동안 전하를 저장하기 때문에 발생) 과

순방향 켜짐 시간이 있다.

주파수 보상

RC완충기 네트워크로 충분

신호의 지연이 생기는 이유는 출력이 LC필터가 있기 때문?

스위칭 레귤레이터 효율

손시은 크게 접합, 저항, 구동, 스위칭, 자기적 손실 등이 있다.

반도체 접합은 손실을 만든다. 다이오드의 전압 강하! 저전압 레귤레이터에서는 상당한 양을 차지한다.

쇼트키 다이오드는 손실이 적은 편 그러나 여전히 손실은 상당한 편

게르마늄은 접합 손실은 적지만 스위칭 손실 때문에 안 쓴다.

LT1074의 출력 스위치는 PNP가 전력 NPN을 구동하게 되어있다. 

스위치의 전압 강하는 전류가 높을 시 2V가까이 된다.

이러한 강하의 영향은 입력 전압을 크게하면 줄일 수 있다.

흠. 스위치 포화 효과와 다이오드 전압 강하에 의한 손실은 확인하기가 쉽지 않다.

간단하게 상대적으로 손실을 판단하는 방법은 소자의 온도 상승을 측정하는 것이다.

모빌리티 한국말로는 이동도라고 합니다.

모빌리티에 영향을 주는건 크게 두가지 요인으로 볼 수 있습니다.

Scattering(온도가 많은 영향을 줍니다.), 도핑 농도

온도와 도핑 농도라고 볼 수도 있고 산란도(Scattering)와 도핑 농도라고도 볼수 있죠.

먼저 Scattering부터 보겠습니다. 

1. Lattice Scattering(격자 산란)

온도↑ -> 실리콘 원자의 진동 ↑ -> 충돌 ↑-> 격자 산란 ↑ -> 이동도 ↓

2. Ionized Impurity Scattering(불순물 산란) 

온도 ↓ -> 캐리어 열적운동 ↓ -> 불순물 원자와 캐리어의 상호작용 ↑ -> 불순물 산란 ↑ -> 이동도 ↓ 

이런 관계라면 격자 산란과 불순물 산란은 온도에 따른 반대의 관계를 가지게 됩니다.

최종적인 온도에 따른 이동도 관계입니다.

비교적 저온에서는 불순물 산란이 지배적이고 고온에서는 격자 산란이 지배적입니다.

도핑농도

그렇다면 도핑농도에 따른 모빌리티는 어떨까요?

일단 도핑농도가 증가하면 모빌리티는 감소합니다.

그만큼 장애물이 많아지기 때문이겠지요.

여기서 추가로 저항을 생각해보겠습니다.

저항도 도핑농도와 반비례 관계를 가지고 있습니다.

그렇다면 도핑농도가 10000배 변하면 저항이 1/10000배 될까요??

정답은 1/1000배 되는 것입니다. 여기서 왜 10배가 덜 변할까요?

바로 모빌리티가 추가적으로 저항에 영향을 주기 때문입니다.

비저항 공식입니다. 도핑 농도가 10000배되고 이에 따른 이동도가 1/10배가 변해

결과적으로 저항은 1/1000배가 되는겁니다.

농도, 온도에 따른 전체적인 모빌리티 그래프입니다.

https://slideplayer.com/slide/236062/

페르미 레벨에 따라서 Degenerate, Nondegenerate로 나뉘는 걸 볼 수 있습니다.

여기서 Degenerate랑 Nondegenerate란 무엇일까요?

도핑 농도에 따라서 페르미레벨이 달라집니다. 

N type에선 도핑을 많이 하면 페르미 레벨이 높아지고 P type에선 낮아집니다.

그리고 N type에서 Ec와 차이가, P type에서 Ev와 차이가 3kT보다 작을 때 Degenerate라고 합니다.

Degenerate는 반도체가 금속의 특성을 가지는 구간입니다.

Nondegenerate는 반도체의 특성이라 생각하면 되고 도핑한만큼 캐리어 개수가 생기는 구간입니다. 

보통 반도체는 Nondegenerate구간에 페르미레벨을 잡아줍니다.

아날로그 회로 설계 2를 읽고

스위칭레귤레이터 설계

5. LT1070 설계 메뉴얼

https://www.ebay.com/p/LT1070-Linear-5a-Dc-dc-Converter-Switching-Power-Supply-Regulator/788511274

LT1070을 사용하여 벅, 부스트, 플라이백, 순방향, 반전 등의 스윙칭 형태 설명

선형 레귤레이터를 많이 쓰다가 최근에는 스위칭 레귤레이터가 주목을 받고 있다.

스위칭 레귤레이터는 고효율이고 크기가 작은 이점이 있다.

하지만 설계하기에 난이도가 좀 있다.

스위치 전류 문제도 있다. 50%에서 많이 쓰는데 그러면 최대 전류가 제한되는 부분?

흠 벅, 부스트, 순방향, 반전은 많이 들어봤는데 플라이백은 처음 봅니다.

전력을 안배워서 그런거 같습니다.

네이버 지식백과 전자용어 사전에는

플라이백 다이오드 = 스위칭 회로 등에서 관성 소자(인덕터)에 축적된 자기 에너지를 스위치의 개방시에 원활하게 전원으로 반환

                            혹은 소산할 수 있도록 유도하기 위한 바이패스에 사용되는 다이오드.

플라이백 컨버터 = 벅-부스트 컨퍼터의 절연형, 휴대폰 충전기 등에 저비용으로 구현해야 할 때 사용

https://blog.naver.com/lagrange0115/221100922235

스위치 오프 시간 부분 동안에 스위치 핀에 발진이 일어난다고 하는데 발진이 아니라

인덕터 혹은 변압기 일차 쪽에서 전류가 없는 상태로 전환하는 과정에 따른 완충된 링잉이다.

스위칭 레귤레이터에는 많은 형태가 있다.

예를 들어 28V를 5V로 변환한다면 벅, 플라이백, 순방향, 전류 부스트 벅 등이 있다.

중요한 변환기들..

부스트 변환기의 인덕터

높은 인덕터 값을 쓰면 최대 출력을 낼 수 있고 입력 전류 흔들림이 줄어들지만 

물리적으로 더 크고 과도 응답이 나빠진다.

낮은 인덕터 값을 쓰면 자화전ㄹ가 커지고 최대 출력이 줄어들고 입력 전류의 흔들림이 커진다.

또한 듀티사이클이 50% 이상이 돼 저조파 발진 문제가 발생할 수 있다.

부스트 변환기의 출력 캐패시터

커패시터를 결정하는 중요한 기준은 출력 전압의 흔들림을 최소화하게 ESR이 낮아야 한다는 점이다. 

부스트 변환기의 전류 구동 다이오드

빠르게 꺼지는 다이오드여야 한다. 예를 들면 쇼트키 다이오드

회로에 덕지덕지 붙어있는 커패시터들에 대해서 알아보겠습니다.

회로에서 커패시터는 바이패스, 커플링, 디커플링 용으로 많이 쓰입니다.

먼저 바이패스 커패시터!

바이패스 커패시터는 노이즈 성분을 그라운드로 흘리거나 특정 주파수 성분만 다음 블록으로 흘려주는 역할

바이패스 커패시터를 주렁주렁 다는 이유는 여러곳에 분산시키기 위함입니다.

IC에서 발생하는 노이즈를 가급적 주변회로로 전파시키지 않게 하기 위해

가급적 IC 인근에 달아주다보니 여러 IC로 구성된 회로의 경우 여러개가 필요합니다.

혹은 1개의 IC라도 전원을 구성하는 핀의 개수가 많은 경우도 IC 한개에 여러개가

필요할 때도 있습니다.

회로도에는 배치에 대한 정보가 없으니 나중에 거버파일로 확인해 보시기 바랍니다.

용량이 다른이유는 노이즈 특성이 다르기 때문입니다.

104는 용량은 작지만 고주파 노이즈와 커플링이 잘되고 106은 저주파 노이즈를 잡아내며 또한

노이즈의 파워가 큰 경우를 대처하기 위함입니다. 

커플링 커패시터는 커플링 즉 결합해준다는 역할로 보면 됩니다.

전압이 다른단을 연결해야하면 DC를 차단하여 서로 영향을 주지 않고 신호만 다음단으로 전달하는 커패시터

직류적으로는 차단하고 교류적으로 연결하는것!

디커플링 커패시터는 가끔 바이패스 커패시터라고도 부릅니다.

디커플링은 분리한다는 뜻으로 전원선에 실려있는 고주파 성분의 노이즈를 IC와 분리시키는 역할입니다.

바이패스는 우회한다는 뜻으로 노이즈를 Gnd로 우회시킨다는 것으로 두개의 약간 다른 점을 파악할 수 있습니다.

https://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1118&docId=256735108&qb=67CU7J207Yyo7IqkIOy7pO2MqOyLnO2EsA==&enc=utf8&section=kin&rank=3&search_sort=0&spq=0&pid=T9VK/spVuEossucmPCRssssstSZ-503131&sid=5zOjUoTqVuT6vK1iP15aZA%3D%3D