STM32F411 PPG PCB에서 analog front-end와 제조 파일까지

전체 구조

보드는 두 개의 SFH7070 optical sensor, 세 개의 dual OPA2333, STM32F411RETx와 전원·clock·debug·UART 회로를 한 PCB에 넣는다. hierarchical schematic은 STM과 Analog sheet로 나뉘어 있어 MCU 주변 회로와 작은 analog signal path를 각각 따라갈 수 있다.

SFH7070 x2 -> OPA2333 amplification/filter -> STM32F411 ADC A0/A1 -> UART
5 V input  -> SPX3819 3.3 V rail            -> analog and digital circuits

PPG analog front-end

두 sensor의 출력은 OPA2333 기반 증폭·filter stage를 거쳐 MCU ADC A0/A1로 들어간다. zero-drift amplifier는 작은 DC/저주파 성분을 다룰 때 offset을 줄이는 선택이지만, 실제 noise와 bandwidth는 부품명만으로 확정되지 않는다. gain과 RC network는 schematic net을 따라가며 channel별로 대조해야 한다.

MCU와 interface

STM32F411RETx에는 5 V 입력을 3.3 V로 낮추는 SPX3819, 8 MHz main clock과 32.768 kHz clock이 연결된다. SWD는 programming·debug, UART는 data 확인에 쓰인다. analog input, clock과 serial line이 한 MCU로 모이므로 pin mapping과 전원 decoupling을 회로도와 PCB 양쪽에서 비교했다.

2-layer layout

PCB는 약 80.6 × 52.2 mm이며 69 modules, 83 nets, 602 tracks와 56 plated holes가 남아 있다. front side에는 MCU, sensor interface, amplifier와 connector를 배치하고 bottom side는 GND copper를 넓게 사용했다. analog 입력 주변의 짧은 배선과 return path, clock과 digital edge의 상대 위치가 주요 review 항목이었다.

STM32F411과 sensor analog front-end가 배치된 PCB 앞면 — MCU, clock, 전원과 PPG analog block을 한 보드에 배치한 front side.

제조 출력물

KiCad source에서 front·back copper, solder mask, paste와 silkscreen, edge cuts를 출력했고 PTH·NPTH drill과 Gerber job 파일을 함께 구성했다. 제조사에 전달할 때는 파일이 존재하는지만 볼 것이 아니라 board outline, layer polarity, aperture와 drill 단위를 CAM viewer에서 다시 확인해야 한다.

GND copper와 via를 표시한 PPG PCB 뒷면 — bottom-side GND copper와 via 배치.

다음 검증

현재 자료는 회로, routing과 fabrication output을 보여준다. 제작 후에는 supply rail, clock, SWD와 UART를 먼저 bring-up하고, 각 PPG channel의 DC level과 waveform을 확인해야 한다. 이후 gain, cutoff, noise, SNR와 motion artifact를 측정해야 센서 성능을 수치로 말할 수 있다. 차량용 적용에는 EMC, 온도, 진동과 장기 신뢰성 시험이 추가로 필요하다.