임베디드기능사 필기 02 — 회로설계 (블록 설계·회로도 설계·PCB 설계)

임베디드기능사 필기 02 — 회로설계 (블록 설계·회로도 설계·PCB 설계)

출제기준 대단원 1: 회로설계
전자기능사·전자캐드기능사 시리즈와 겹치는 내용이 많아요.

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블록 설계

블록도(Block Diagram)란?

시스템의 전체 구조를 기능 단위의 블록으로 나눠 표현한 도면이에요.

입력 → [처리블록1] → [처리블록2] → 출력
              ↑
         [피드백]

 

블록도 구성요소

블록(Block)   — 각 기능 단위 (사각형으로 표현)
신호선        — 블록 간 신호 흐름 (화살표)
합산점(Sum)   — 신호를 더하거나 빼는 지점 (원으로 표현)
분기점        — 신호가 여러 경로로 나뉘는 지점
피드백(Feedback) — 출력 신호를 입력으로 되돌려 보내는 구조

블록도 종류

기능 블록도 — 시스템 전체 기능을 큰 단위로 표현
상세 블록도 — 각 기능 블록의 내부 구조까지 표현
신호 흐름도 — 신호의 흐름과 변환 과정 표현

피드백(Feedback) ⭐

정(Positive) 피드백
  → 출력이 입력을 증폭시키는 방향
  → 발진 회로에 활용

부(Negative) 피드백
  → 출력이 입력을 감소시키는 방향
  → 안정성·선형성 향상에 활용
  → 대부분의 증폭기에서 사용

 

기출 문제

Q. 블록도에서 출력 신호를 입력으로 되돌려 보내는 구조는?

A. 피드백(Feedback)

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회로도 설계

전기·전자 기호 ⭐⭐

소자	기호 설명
저항(R)	지그재그 또는 사각형
캐패시터(C)	두 평행선
인덕터(L)	코일 모양
다이오드	삼각형 + 선
트랜지스터	BJT: NPN/PNP 구분
연산증폭기(OP-AMP)	삼각형

 

회로 해석 ⭐

옴의 법칙: V = IR
  V: 전압(V), I: 전류(A), R: 저항(Ω)

전력: P = VI = I²R = V²/R

직렬 연결: R총 = R1 + R2 + R3
병렬 연결: 1/R총 = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

 

커패시터 (콘덴서) ⭐

전하를 저장하는 소자

직렬: 1/C총 = 1/C1 + 1/C2
병렬: C총 = C1 + C2

주파수가 높을수록 임피던스 낮아짐 (고주파 통과)
→ 고주파 필터, 전원 안정화에 활용

 

인덕터 ⭐

자기장 형태로 에너지 저장

직렬: L총 = L1 + L2
병렬: 1/L총 = 1/L1 + 1/L2

주파수가 높을수록 임피던스 높아짐 (저주파 통과)
→ 노이즈 필터, 전원 변환에 활용

 

다이오드 ⭐⭐

전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 소자

순방향 바이어스: 전류 흐름
역방향 바이어스: 전류 차단

종류:
  정류 다이오드 — 교류→직류 변환
  제너 다이오드 — 전압 안정화 (역방향 항복전압 이용)
  LED          — 빛을 발생
  포토 다이오드  — 빛을 전기로 변환

 

트랜지스터 ⭐⭐

BJT (Bipolar Junction Transistor)
  구성: 베이스(B), 컬렉터(C), 에미터(E)
  종류: NPN형 / PNP형
  동작: 베이스 전류로 컬렉터-에미터 간 전류 제어
  용도: 증폭, 스위칭

FET (Field Effect Transistor)
  구성: 게이트(G), 드레인(D), 소스(S)
  동작: 게이트 전압으로 드레인-소스 간 전류 제어
  특징: 입력 임피던스 매우 높음

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PCB 설계

PCB(Printed Circuit Board)란?

전자 부품을 기판 위에 배치하고 동박 패턴으로 연결한 인쇄 회로 기판이에요.

 

PCB 설계 과정

회로도 작성(Schematic)
    ↓
부품 배치(Placement)
    ↓
배선(Routing)
    ↓
DRC 검사(Design Rule Check)
    ↓
거버 파일 출력(Gerber)
    ↓
제조 및 납땜

 

PCB 층수

단면 PCB  — 한쪽 면에만 동박 패턴
양면 PCB  — 양쪽 면에 동박 패턴, 비아(Via)로 연결
다층 PCB  — 내층까지 여러 층 구성, 고밀도 회로에 사용

 

주요 설계 규칙

클리어런스(Clearance) — 패턴 간 최소 간격
선폭(Track Width)    — 전류량에 따라 결정
비아(Via)           — 층 간 연결 홀
패드(Pad)           — 부품 납땜 위치
실크(Silk Screen)    — 부품 위치 표시 인쇄

 

ECAD 툴 ⭐

Altium Designer — 전문 PCB 설계 툴
KiCad          — 오픈소스 PCB 설계 툴
Eagle          — 소규모 PCB 설계
OrCAD          — 회로도+PCB 통합 설계

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💡 실무에서는?

20년 인프라 아키텍트로 일하면서 PCB 설계를 직접 하진 않지만,

보안 장비나 IoT 센서 장비의 하드웨어 구조를 파악할 때 블록도 해석 능력이 유용해요.

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핵심 정리

✅ 블록도: 기능 단위로 시스템 표현
✅ 피드백: 정(증폭)·부(안정) 피드백 구분
✅ 다이오드: 한 방향 전류 / 제너=전압안정화
✅ BJT: B·C·E / NPN·PNP / 증폭·스위칭
✅ PCB 설계: 회로도→배치→배선→DRC→거버
✅ PCB 층수: 단면→양면(비아)→다층

 

다음 편에서는 컴퓨터구조 일반·명령어·입출력·네트워크로 이어갑니다!