보드가 자꾸 리부팅이 된다면

이전에 ARM 호환 코어 타입의 보드를 개발한 적이 있었다. 외국의 Reference 보드를 사오고 디자인 파일도 구해와서 그걸 가지고 만드는 일이었지만 RF 보드였기에 그리 쉬운 일만은 아니었다. 이래저래 애를 먹고 해결한 다음에 그 보드를 크게 만드는 작업에 착수를 했다.

같은 부룸을 쓴 보드였지만 보드가 커지게 되니 역시 문제가 다양하게 일어났다.

보드를 만들면서 정말 다양한 일들을 경험해봤지만 역시 가장 문제시 되는 건 커넥터를 써서 마더보드와 도터 보드 형태로 분리해서 만들게 되면 좋은 일이라고는 분리가 가능하다는 것 이외에는 하나도 없다는 것이다. 커넥터를 통하게 되면 일단 그라운드와 전원이 안정화 되기가 어렵고 커넥터 결합 자체도 문제가 되며, 커넥터라는 것이 핀 수가 많은 복잡한 형태일 경우 PCB에 마운트가 안 되는 경우가 종종 발생한다.

뭐 이외에도 패턴의 임피던스가 틀어지기에 직렬 저항의 값을 조절해서 사각파의 언더슈트나 오버 슈트 현상을 잡아줘야 할 때도 있고 크리스탈의 로드 캐패시턴스를 조절해줘야 하는 경우도 있다. 크리스탈 같은 경우 SMD 타입은 조금만 손납땜을 잘못하면 케이스가 그라운드이기에 쇼트가 나기 쉬운데 그럴 경우 진폭이 크게 줄어든다.

오늘 제목에 적은 리부팅이 자주 된다면 특히 유의해서 봐야 할 것은 전원 노이즈이다. 플래쉬 메모리 같은 경우는 오실로스코프로 관측했을 때 별다른 문제가 없다면 (사실 이 부분이 가장 힘든 부분 중에 하나이기도 하지만) 한번 읽고 그 후에는 동작 하지 않기 때문에 전원 쪽은 되던가 안되던가 둘 중에 하나이기도 하다. 일단 부팅이 시작했다는 것은 플래쉬에서 부트로더를 읽어와서 메모리에 적재하고 그것을 디코딩하여 동작하는데 성공했다는 이야기이기 때문이다. 하지만 이게 부팅을 하다가 리부팅을 한다면 왜 그럴까? 그것은 CPU 내의 와치독 타이머가 더이상 뭔가의 이유로 동작이 안되어서 리부팅을 시켰다는 이야기이다. 보통 DDR RAM은 2.5볼트로 동작을 하게 되고 그 중간 레퍼런스가 되는 1.25V가 들어가게 된다. 클럭에 맞춰서 데이터가 들어가게 되는데 이 리플이 허용되는 수치가 있는데 그걸 넘어서는 경우가 종종 보인다. LDO로 레귤레이터를 몽땅 꾸민다면 리플이 보일일도 사실 드물지만 대용량 LDO는 가격도 비싸고 필요로 하는 디커플링 캐패시터의 값이 크게 요구 되기 때문에 가격도 오르고 면적도 많이 잡아먹는다. 그리고 LDO는 가장 큰 문제가 전력 효율이 좋지 않고 볼트 드랍이 발생한다고 한다. 따라서 DC/DC 컨터버, 스위치 레귤레이터, 벅 콘트롤러 등이 사용되는데 결국 이것들은 DC를 사각파 형태의 펄스로 바꾸고 이걸 다시 고전류, 고용량의 인덕터에 통과시키게 된다. 펄스를 다시 DC로 바꾼다고 해도 리플은 없앨 수가 없다.  만약 없앤다고 하더라도 터무니 없이 큰 인덕터를 달아야 할것이다. 결국 이런 리플이 보드에 주는 문제를 최소화 하기 위해서는 비드를 통해서 각 전원부를 분리해야 하고 적절한 디커플링 캐패시터를 달아줘야 한다. 이건 설계 단계에서 하는 것이고 만약 문제가 된다면 어떻게 해결을 할 것인가?

일단 데이터 시트를 확인을 해보기 바란다. 보통 전력 효율을 극대화 하기 위해서 고효율모드와 고전류 모드 등 여러가지를 설정할 수 있는 경우가 있는데 그걸 손을 대보기 바란다. 또는 DC가 펄스로 바뀌는데 여기 달려 있는 캐패시터 들이 모두 내압을 버틸 수 있어야 한다. 캐패시터의 내압에 대해서 신경을 잘 안 쓰는 경우도 많은데 용량에 따라 내압이 모두 다르고 사이즈에 따라 다르고 고내압을 가진것과 저내압을 가진 것이 있어서 모두 신경을 써줘야 한다. 이래도 안되면 인덕터가 충분한 전류용량을 가졌는지 확인해보고 바꿔보던가 그래도 안되면 인덕터 또는 파워 초크 로 불리는 놈의 용량값을 올려보기 바란다. L은 로우패스 필터인데 L값을 키울수록 DC만 통과시킬 수 있고 고주파의 감쇄를 더욱 크게 시킨다.

이래도 리부팅이 된다면 DDR RAM과 CPU 상의 패턴이 꼬였거나 혹은 길이가 안 맞거나, 또는 클럭 버퍼나 클럭 라인 외부 인터페이스 라인 등 노이즈를 유발할 수 있는 녀석이 근처 데이터 패턴으로 지나가지 않았나 잘 살펴보기 바란다. 루프를 가지고 클럭이 돌아버리면 이상한 노이즈가 낄 수도 있다. 그래도 잘 안되면 램의 CAS 등의 타이밍을 확인해 볼 것.