안녕하세요, 회로설계 멘토 삼코치 입니다:)
질문자분이 보신 현대모비스 샤시안전BU의 HW 회로 조향 센서 설계는 한 문장으로 요약하면 MDPS 안에서 운전자가 핸들을 어떻게 돌리고 얼마나 힘을 주는지(조향각, 토크)를 정확하고 안전하게 읽어내는 센서 모듈을 “차량용 제품”으로 완성시키는 일입니다. 연구실 과제처럼 회로가 동작하는 수준에서 끝나는 게 아니라, 영하 40도부터 고온, 진동, 습기, 전기적 노이즈, 배터리 이상 전압 같은 자동차 환경에서 오작동 없이 동작하고, 양산 공정에서도 같은 품질로 찍혀 나오게 만드는 것까지가 업무 범위로 붙습니다. 비유로 보면 실험실에서 온도 좋은 방 안에서 체온계가 잘 나오는지 보는 게 아니라, 겨울 야외에서 뛰어다니는 사람들 체온을 줄줄이 재도 수치가 흔들리지 않게 “의료기기급”으로 만드는 느낌에 가깝습니다.
실제 업무를 제품 개발 흐름으로 풀면, 개발 초반에는 요구 성능을 숫자로 박는 일이 먼저 나옵니다. 조향각은 분해능과 선형성, 토크는 감도와 히스테리시스, 두 신호 모두 온도 드리프트와 노이즈에 대한 목표가 잡히고, 제어기에서 요구하는 지연 시간과 갱신 주기, 진단 기능 수준(오류를 얼마나 빨리, 어떤 방식으로 잡아낼지)까지 같이 정해집니다. 예를 들어 토크 센서는 운전자 의도 판단에 직결되기 때문에 오프셋이 서서히 떠도 “운전자가 힘을 주지 않는데 힘을 준 것처럼 보이는” 상황이 생길 수 있고, 이걸 막기 위해 무부하 구간에서의 오프셋 추정 로직이나 2채널 상호 검증 같은 설계 철학이 초반부터 들어갑니다.
그 다음이 질문자분이 궁금해하시는 “회로설계 엔지니어로서 손에 잡히는 일”이 본격적으로 많아지는 구간입니다. 조향 센서는 방식이 여러 가지인데, 자석과 홀/자기저항 소자로 각도를 읽거나, 인덕티브 방식으로 회전 위치를 읽거나, 토크는 비틀림을 자속 변화로 읽는 구조를 쓰는 경우가 많습니다. 이때 회로 쪽에서 핵심은 센서 소자에서 나오는 미세한 아날로그 신호를 차량 노이즈 속에서도 깨끗하게 꺼내는 신호처리부(AFE) 설계, 안정적인 전원 설계, 그리고 안전 진단이 가능한 구조 설계입니다. 예를 들어 홀/자기저항 센서를 쓰면 차동 증폭, 필터(대역폭/지연 트레이드오프), ADC 입력 스케일링, 기준전압 안정화, 그리고 자계 외란(외부 자석, 모터 자기장)에서 신호가 어떻게 찌그러지는지까지 염두에 둔 레이아웃과 차폐/접지 전략이 필요합니다. 토크 센서처럼 정확도가 중요한 경우에는 부품 오차와 온도에 따른 이득 변화가 누적되기 쉬워서, 단순 RC 필터 하나로 끝나는 게 아니라 “온도 센서로 보정한다”, “출하 시 캘리브레이션 값을 EEPROM/Flash에 굽는다”, “센서 채널을 이중화해서 plausibility 체크를 한다” 같은 시스템적인 설계까지 회로 개발자가 같이 끌고 가는 일이 흔합니다.
차량용이다 보니 전원/보호 쪽 업무 비중도 큽니다. 12V 배터리 기반에서 역전압, 점프스타트, 로드덤프, 크랭킹 전압 강하 같은 이벤트가 반복되는데, 센서가 이런 상황에서 리셋만 되고 끝나면 다행이고, 더 위험한 건 “살아있긴 한데 값이 틀리게 나오는” 상태입니다. 그래서 입력단 보호 소자 선정, 서지/ESD 경로 설계, 레귤레이터 구성(예: 12V→5V→3.3V), 전원 모니터링과 브라운아웃 처리, EMC 필터링이 설계의 큰 축을 차지합니다. 오실로스코프에서 리플이 20mVpp로 예쁘게 보이는 것보다, EMC 챔버에서 내성 시험을 걸었을 때 신호가 튀지 않고 진단이 정상적으로 걸리는지가 더 중요한 순간들이 자주 옵니다.
또 하나 실무에서 체감되는 포인트는 “회로만 잘 그리면 끝”이 아니라 기구/패키징과 붙어서 같이 설계한다는 점입니다. 조향 센서는 자석과 센서 소자 사이 간극, 기구 공차, 체결 방식, 방수/방진 구조, 진동 전달 경로가 측정 오차로 바로 이어집니다. 그래서 회로설계자가 기구팀과 같이 “이 위치에 자석을 두면 온도에서 자속이 얼마나 변하는지”, “진동 공진점이 어디인지”, “커넥터 방향 때문에 하네스 노이즈가 어떻게 들어오는지” 같은 논의를 자주 하게 됩니다. 현업에서는 회로도가 종이에 있을 때보다, 실제 시제품을 조립하고 흔들어보고 가열/냉각하고 다시 측정해보는 시간이 길게 느껴질 때가 많습니다.
검증 단계로 가면 업무가 더 “시험과 데이터” 중심으로 바뀝니다. 환경 시험은 온도 싸이클, 고온고습, 염수, 진동/충격 등이 있고, 내구는 반복 회전/반복 토크 입력을 걸어 드리프트가 누적되는지 보는 식으로 진행됩니다. EMC는 방사/전도 방출도 보지만, 실무에서는 내성(ESD, EFT, 방사 내성 등)에서 기능이 흔들리지 않는지가 더 스트레스를 주는 경우가 많습니다. 여기서 회로설계자는 시험 셋업을 이해하고, 실패하면 원인을 파고, 설계 변경안을 내고, 재시험을 통과시키는 역할을 합니다. 예를 들어 ESD를 걸 때 특정 커넥터에서만 센서 값이 순간 튀면, TVS 위치와 접지 귀환 경로가 맞는지, 신호선의 공통모드 노이즈가 ADC 기준전압에 결합되는지, 필터가 포화되는지까지 하나씩 잘라보면서 수정합니다. 이 과정은 “추리 게임”에 가깝고, 한 번에 정답이 나오는 경우가 드뭅니다.
양산으로 넘어가면 또 다른 일이 생깁니다. 센서는 양산 공정 편차를 품고 살아야 해서, 생산 라인에서 캘리브레이션을 어떻게 할지, 검사 장비에서 어떤 항목을 어떤 한계로 컷할지, 불량이 나왔을 때 회로인지 공정인지 소자인지 빠르게 분리할 수 있는 지표를 어떻게 만들지 같은 “품질/공정 친화 설계”가 중요해집니다. 예를 들어 오프셋 불량이 늘면 단순히 부품을 바꾸기 전에 납땜 열이 센서 소자에 미치는 영향, 자석 부착 공정의 위치 편차, 커넥터 핀 접촉저항 변화까지 같이 보게 됩니다. 결국 실질 업무는 회로, 기구, 시험, 품질, 협력사까지 연결된 하나의 제품 개발 체인에서, 센서 신호가 끝까지 신뢰되도록 약한 고리를 보강하는 일이라고 보시면 됩니다.
질문자분이 “JD는 읽었는데 실질 업무가 궁금하다”는 부분에 답을 한 번 더 감각적으로 정리하면, 책상 위에서 하는 날은 회로도/PCB/BOM/설계 근거 문서와 리뷰 대응이 중심이고, 실험실로 내려가는 날은 시제품 bring-up, 신호 측정, 노이즈/드리프트 분석, 시험 대응이 중심이며, 양산이 가까워질수록 공정/품질 이슈를 데이터로 정리하고 재발 방지를 설계에 녹이는 시간이 늘어납니다. 조향 센서는 운전자의 손끝과 차량 거동을 연결하는 “감각 기관”이라서, 수치 하나가 흔들리면 제어 로직이 바로 영향을 받는다는 점에서 책임 범위가 꽤 명확한 편입니다.
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