MCU : DIE, PAD, Drive Strength, Pad Level, Hysteresis
DIE
“DIE”는 일반적으로 반도체 패키지 또는 칩 내부에 있는 실리콘 칩, 집적회로(IC)이다. 웨이퍼 디스크의 한 조각이었던 Die는 ‘칩’에 장착되고 연결되면서 아래 사진처럼 에폭시로 덮이게 된다.
PAD
“PAD”는 Die에서 외부로 나가는 Wire bonding을 붙이는 연결판과 pin(또는 ball)으로 연결되는 접점을 포함하는 부분으로, 상당히 큰 크기를 가지고 있고 보통 Die의 맨 바깥쪽 4면에 놓여진다. 반도체 칩이 다른 시스템 내의 다른 칩과 실질적으로 연결되는 부분이다.
이러한 PAD는 내부 Die 공간에서 Power Source에 따라 부분적으로 나누어져 있으며, 각각에 PAD에 Port Pin이 하나씩 연결되어 있다. PAD에 붙여진 External Load에 따라 Drive Strength, Pad Level, Hysteresis와 같은 Port 속성이 달라진다.
하지만 부가적인 기능이 들어가면 PAD 부피가 커지게 되어 MCU가 가질 수 있는 최대 Pin 수가 줄어들기 때문에 같은 성능을 내기 위해서는 부피가 커지고 단가가 비싸진다.
Drive Strength
Drive Strength가 Strong하다는 것은 곧 전류의 세기가 크다는 것을 의미하며, 이는 Slew Rate, Delay 등에 영향을 준다.
Slew Rate란, 출력 전압의 최대 변화율을 말한다. 다시 말해, Edge가 얼마나 “Sharp”한가를 의미한다.
전류의 세기가 커지면 Slew Rate도 Sharp해져 출력신호를 Delay 없이 빠르게 내보낼 수 있다. 하지만 높은 전류는 동시에 Overshoot의 위험을 가지므로 Port를 사용하려는 목적과 PAD의 External Load를 고려해 Drive Strngth를 설정해야 한다.
Pad Level
Pad Level이란 신호 인식에 대한 문턱 전압(Threshold Voltage) 레벨을 말한다.
문턱전압이 높으면, 노이즈와 같은 외부 영향성에 보다 강인하게 신호를 입력 받을 수 있다.
Hysteresis
논리 소자는 Vlow보다 낮은 범위의 입력 전압은 논리 값 ‘0’으로 인식하며, Vhigh보다 높은 범위의 입력 전압은 논리 값 ‘1’로 인식한다.
Vlow보다 높지만 Vhigh보다 낮은 범위의 입력은 논리값이 불확실한 구간(High-Z)으로 이 범위의 전압을 확실한 신호로 변환하기 위해 ‘슈미트 트리거 회로’를 사용한다.
슈미트 트리거 회로는 Vlow, Vhigh 대신에 Vt+, Vt-라는 2개의 문턱 값을 가지고 있다. 이 두 문턱 값은 입력 신호의 논리 값이 ‘0’이냐 ‘1’이냐를 판단하는 기준인데, 현재의 논리 상태가 무엇인가에 따라 다른 기준값이 사용된다. 이와 같이, 출력이 현재 상태에 의존적인 비선형적인 특성을 ‘히스테리시스’라고 한다.
히스테리시스를 사용하지 않으면, 노이즈에 의해 논리값이 왜곡될 가능성이 높아진다. CMOS, TTL같은 소자들은 High, Low 변환에 빠른 Edge가 필요한데, 느린 Edge로 인해 소자들에 과도한 전류가 흘러 손상을 줄 수 있다.
