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Ioff 기능을 탑재한 '로직 게이트·스위치'로 전력 차단 가능
이나리 기자 | 승인 2016.12.14 10:18

기업 서버나 네트워크 스위치와 같은 첨단 고속 시스템은 하드웨어 교체 시 신호 무결성과 상관없이 계속 작동되어야 한다. 부분 전력 차단 기능은 절연을 위해 요구되는 필수 기능이다.

[그림 1]에서 1번 디바이스는 시스템 안에서 5V로 작동하고, 2번과 3번 디바이스는 Vcc = 0으로 전력이 차단된다. 그 이외의 모든 디바이스들 또한 전력을 차단한다. 버스 로직은 여전히 5V로 동작한다. 그러면 Vcc에 대한 ESD(electrostatic discharge) 클램프 다이오드가 동작하고 전도를 시작하면서 시스템은 다시 활성화된다.

[그림 1] Ioff 보호 기능 없는 디바이스

이 다이오드를 통해서 흐르는 전류를 직렬 저항으로 제한하지 않는다면 전류는 심하게 순방향으로 바이어스되어 수십 밀리 암페어의 전류가 전도되어 디바이스 손상을 초래할 수 있다. 이 현상 후에 다시 정상적인 동작을 수행하더라도 이 디바이스의 신뢰성은 보장될 수 없다.

[그림 2]의 두 번째 디바이스는 Ioff 보호 회로를 통합한 디바이스이다. Vcc1로 연결된 이 디바이스와 시스템은 부분적으로 활성화된 버스 라인으로부터 차단된다. Ioff 보호 회로 내부이기 때문에 ESD 다이오드를 통한 전류는 미미한 수준이고 디바이스 신뢰성에 영향을 미치지 않는다.

[그림 2] Ioff 보호 기능이 있는 디바이스

디바이스는 전력을 차단하고 전압이 바이어스 될 때 Ioff 보호 회로를 사용함으로써 입력, 출력, 입/출력(I/O)으로 과도한 전류가 흘러 들어가거나 흘러 나오지 않게 한다. 부분적인 전력 차단 모드는 전력 차단 또는 전력 가동 시 불확실한 동작이 발생되지 않도록 한다.

기본적인 CMOS(complementary metal oxide semiconductor)는 N채널 MOS(NMOS)와 P채널 MOS(PMOS) 사이의 기생다이오드를 포함하는데 이 때 P 채널은 전류 누설을 최소화 할 수 있도록 바이어스되어 있다.

전형적인 Ioff 서브 회로는 [그림 3]과 같이 기생 다이오드의 공통 캐소드 (백 게이트라고도 함)에 연결된 Vcc의 블로킹 다이오드로 구성되어 전류가 Vcc로 역류되는 것을 방지한다.

[그림 3] 전형적인 Ioff 보호 회로

[그림 4]는 SN74CB3Q3125를 적용한 경우로, 이 디바이스는 양방향 스위치로 동작하면서 Ioff를 지원한다. Vcc가 떨어지고 스위치를 통해서 일정한 전류가 흐른다. Vcc가 약 0.5V로 떨어지면 이 스위치는 전도를 하고, 0.5V보다 낮아지면 디바이스는 전원이 꺼지면서 Ioff 회로가 작동한다.

[그림 4] 디바이스 전원이 켜졌을 때 Ioff 셋업

부분 전력 차단 기능을 가진 제품군은 데이터시트의 기능 부문에 “Ioff 부분 전력 차단 모드” 또는 “V+=0 전원 오프 모드로 절연”이라고 표시되어 있다. [그림 5]에서 보는 것 같이 Ioff는 데이터시트 사양에서 테스트 조건과 함께 별도의 행으로 표기하고 있다.

TI는 Ioff나 부분 전력 차단 회로를 레벨 1 절연으로 분류한다. 이는 시스템의 전반적인 신호 무결성을 손상시키지 않으면서 백플레인에서 카드를 제거하거나 삽입해야 하는 시스템의 핫 또는 라이브 삽입에 대한 주요 요건이다.

[그림 5] 데이터시트 상의 표기 및 전기 사양

또한 부분 전력 차단 모드는 시스템 일부분을 차단함으로써 에너지 소모를 줄이고 남은 서브시스템을 절연한다. TI의 ABT, ALVT, AVC, AUC, AUP, CBTLV, CBT-C, GTL, GTLP LV-A, LVC, LVT, VME를 포함한 대부분의 로직 제품군은 부분 전력 차단 기능을 제공한다.

현재 사용중인 애플리케이션에서의 Ioff 기능과 그 중요성에 대해 확인했다면, TI의 Ioff 기능을 갖춘 로직 디바이스를 선택해보자.

이나리 기자  narilee@epnc.co.kr

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