STM32 회로 리뷰 방법 - GPIO

지난번에 이어 STM32 회로 리뷰 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다. GPIO는 MCU에서 중요한 부분이기도 하며 모든 회로 연결의 기본이기도 합니다.

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GPIO 일반적으로 Logic-High, Logic-Low 신호를 출력하기도하고, USART/UART, I2C, SPI, USB 와 같은 통신용 혹은 ADC,DAC와 같은 아날로그 신호 입출력으로 사용되기도합니다.

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우선 회로리뷰의 기본은 GPIO의 연결이 사용하고자하는 용도에 맞게 연결되어 있는지 확인이 필요합니다. 예를 들어 USB로 사용하기 위해 연결된 GPIO가 USB 출력이 가능한 Alternate 핀인지 Datasheet를 확인 하는 것으로 시작됩니다.

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그 다음은 각 GPIO의 입력 범위를 확인 하는 것입니다. 지난 전원단에서도 언급되었던 이야기 인데, TT(Three voltage tolerant) 인지 FT(Five voltage tolerant)인지 확인하여 연결하여야 칩의 오동작이나 파괴를 막을 수 있습니다.

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간혹 MCU가 리셋되거나 오동작을 할 경우 전원의 시퀀스를 의심하라

STM32 GPIO Block

위 그림은 AN4899 에서 발췌한 STM32 MCU의 GPIO 내부 블럭입니다. MCU에 연결된 모든 핀의 전원이 VDD과 동일한 타이밍에 켜지면 이상적이지만 그렇지 않은 경우도 발생합니다. 이러한 경우 반드시 조심해야 할 것이 I/O pin으로 유입되는 전류입니다.

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위의 그림에서 I/O pin으로 전류가 유입될 수 있으며 이로 인해 VDD에 전원이 인가되어 실제 레귤레이터나 SMPS에서 출력한 전원이 VDD에 들어오기도 전에 의도하지 않게 MCU가 동작할 가능성이 있습니다. I/O로 들어오는 전류가 약할 경우에는 MCU 내부 로드로 인해 다시 전압이 강하하게 되면서 MCU의 BOR이 걸리기도 합니다.

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따라서 GPIO에 입력되는 전원의 시퀀스가 다를 경우 전원의 시퀀스를 반드시 확인하여야 하며 초기 VDD가 인가되기 전에 GPIO의 상태를 올바르게 두어야 합니다.

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또한 GPIO를 VDD나 GND에 직접 연결할 경우 주의를 기울여야 합니다. 위의 블럭 다이어그램처럼 GPIO는 Push-pull 설정이 가능하기때문에 VDD나 GND에 직렬 저항없이 연결할 경우, 잘못된 GPIO 설정에 따라 단락의 위험이 있으며 특별히 System bootloader를 사용하는 경우에는 몇몇 Pin들이 UART/SPI 와 같은 통신 Interface로 자동 설정되기 때문에 외부 연결을 꼼꼼하게 살펴야 합니다.

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그밖에 외부인터럽트를 위해 GPIO를 EXTI로 사용하곤 하는데, 주의해야할 점이 한가지 있습니다. STM32의 GPIO의 EXTI 내부는 핀번호를 MUX해서 사용하기 때문에 GPIO A,B,C.. 와 상관없이 하나의 핀 번호에 하나의 EXTI를 할 수 밖에 없습니다. 회로 리뷰시 반드시 하나의 핀번호에 하나의 EXTI만 연결되어 있는지 확인하여야 합니다.

마지막으로 USB/UART 등 외부 콘넥터로 PIN이 나오는 경우에는 Protection을 달았는지 확인해 주시기 바랍니다. 보통 STM32MCU는 ESD Human body model의 경우 2KV까지 충족하지만 실제로 ESD는 그보다 더 강할 수도 있기 때문에 꼭 TVS와 같은 Protection을 필수적으로 추가 것을 검토하시기 바랍니다.

이상입니다.