[편집자 주]최근 e4ds 전기전자 평생교육원은 오프라인 강좌로 ‘2025 고급 엔지니어 실무 마스터 클래스’를 개최했다. 이 강좌는 중급 과정을 이수하신 현직 개발자 및 회로 설계 실무 경험이 있는 엔지니어를 대상으로 전자회로 설계의 고급 주제와 정밀 계측 환경에서의 실전 문제를 다룬다. 이에 본지는 이번 강좌를 강의하는 신한대학교 전기전자공학과 조성재 교수와 인터뷰를 통해 강좌의 진행 방향 및 엔지니어 교육에 대해 들어봤다. 본 인터뷰는 6회 연재로 진행된다.
 

“센서는 결국 전압으로 읽는다”

조성재 신한대학교 교수는 최근 본지와의 인터뷰에서 “센서의 본질을 이해하지 못하면 설계는 결국 ‘짜깁기’가 된다”며 기초 개념의 중요성을 강조했다.

센서 기술은 오늘날 산업 전반의 핵심 기반이다. 온도, 습도, 압력, 빛 등 다양한 물리량을 측정하는 센서는 반도체, 통신, 자동차, 의료기기 등 거의 모든 전자 시스템에 활용된다.

반면에 센서 신호를 실제 시스템에서 활용하기까지의 과정은 생각보다 복잡하다.

조 교수에 따르면 센서는 출력 형태에 따라 크게 세 가지로 나뉜다.

첫째는 저항의 변화로 물리량을 표현하는 센서, 둘째는 전류의 변화로 나타나는 센서, 셋째는 전압의 변화로 출력되는 센서다.

문제는 이 모든 센서 신호를 마이크로컨트롤러나 AD 컨버터에서 직접 읽을 수 없다는 데 있다.

“우리가 실제로 읽는 것은 전압이다. 결국 저항이든 전류든 모두 전압으로 변환해야 한다. 이것이 센서 인터페이스 설계의 첫 번째 목표다”

저항형 센서는 고정 저항과 센서를 조합해 전압 분배 회로를 구성함으로써 저항 변화를 전압 변화로 바꾼다.

전류 출력 센서는 IV 컨버터를 사용해 전류를 전압으로 변환한다. 전압 출력 센서 역시 그대로 사용할 수는 없다.

출력 전압이 매우 작기 때문에 AD 컨버터의 기준 전압 범위, 예를 들어 0∼3.3V나 0∼5V에 맞도록 증폭과 레벨 변환이 필요하다.

조 교수는 이 과정에서 많은 엔지니어들이 어려움을 겪는다고 지적한다.

“어떻게 변환해야 할지 몰라서 경험에 의존하거나 임의로 회로를 구성하는 경우가 많다. 반면에 직관적인 방법과 명확한 룰이 있다”

그는 오랜 강의와 실무 경험을 통해 누구나 짧은 시간 안에 문제를 해결할 수 있는 설계 원칙을 정리했다고 설명했다.

실제 교육에서는 센서 출력 범위를 주고 이를 AD 컨버터 입력 범위에 정확히 맞추는 설계를 직접 수행한다.

예를 들어 센서 출력이 특정 전압 구간에서 변화할 때, 이를 0∼3.3V로 선형 변환하도록 회로를 설계하고, 사인파 입력을 통해 출력이 정확히 0∼3V 범위로 나오는지를 눈으로 확인한다.

“이 과정을 거치면 설계가 제대로 됐는지 바로 알 수 있다”

또 하나 조 교수가 강조하는 부분은 데이터시트에 대한 맹신을 경계해야 한다는 점이다.

“데이터시트에는 ‘된다’고 적혀 있지만, 실제 회로에서는 안 되는 경우가 많다. 왜 안 되는지를 이해해야 진짜 실력이 된다”

그는 데이터시트가 이상적인 조건을 기준으로 작성되는 경우가 많아, 실제 환경에서는 추가적인 고려가 필요하다고 설명했다.

조 교수는 이러한 교육이 전자공학을 전공하는 모든 엔지니어에게 필요하다고 말한다.

“기초를 제대로 이해하면 설계 속도와 완성도가 크게 달라진다. 이 교육 하나만으로도 고급 강좌의 본전을 뽑았다고 느낄 수 있을 것이다”

그는 수강생들의 평가를 바탕으로 교육 내용을 지속적으로 개선해 나갈 계획이다.

센서 인터페이스 설계는 단순한 회로 기술을 넘어 시스템 전체의 신뢰성을 좌우한다.

조성재 교수의 메시지는 분명하다. 복잡한 공식보다 중요한 것은 센서 신호의 본질을 이해하고, 이를 전압이라는 공통 언어로 정확히 번역하는 능력이다.