플로팅 상태 와 하이임피던스(High-Z)

GPIO 핀을 정상 동작한다면 출력으로 사용시에 OV(Low), 3.3V(High)을 출력할 수 있고,입력으로 사용시에 0V 입력시 0(Low)로 인식을 하고, 3.3V 입력시에 1(High)로 인식해야 한다.

 

그러나 GPIO 핀이 외부 신호에 의해 제어되지 않는 상태들이 존재한다.

전자 공학에서 Floating  High-Impedance(High-Z)가 있다. 이에 대해 정리해보고자 한다.

Floating State

• GPIO 핀이 외부 회로와 연결되지 않고,  high도 low도 아닌 상태.
• 입력 모드에서 주로 발생하며, 전압이 불안정하여 전자기 간섭(EMI) 또는 잡음이 들어오면 핀 상태가 임의로 변할 수 있기에 피해야 한다.
• 하드웨어 리셋 후에는 해당 제어핀의 상태는 플로팅 상태로써 high도 low도 아닌 상태가 될 수 있기에 칩들의 오차에 인하여 어떤 보드는 켜져 있는 상태가 되고, 어떤 보드는 꺼져 있는 상태가 된다.

High Impedance(High-Z)

• GPIO 핀이 출력 드라이버를 비활성화한 상태로,  GPIO 핀이 고의적으로 전기적으로 분리되어 높은 임피던스를 유지하여 전류가 거의 흐르지 않는다.
• "Tri-state(삼상)" 상태의 일부로, 출력 핀이 드라이브 상태(0 또는 1)도 아니고 입력 모드도 아닌 상태

구분	Floating State	High Impedance
의도성	일반적으로 설계자의 의도와 관계없이 발생하며, 원하지 않는 상태로 간주됨.	의도적으로 설정되는 상태로, 출력 드라이버를 비활성화하여 회로를 보호하거나 신호 충돌을 방지하기 위해 사용.
임피던스 값	외부 환경에 따라 다르며, 임피던스가 낮아질 수 있고 노이즈에 민감.	매우 높은 임피던스를 유지하며, 사실상 외부 회로와 단절된 것처럼 작동.
안정성	노이즈에 의해 상태가 불안정하며, 임의의 전압 레벨로 튈 가능성이 높음.	핀 자체는 안정적인 상태를 유지하지만, 외부적으로 끌어당기지 않으면 예상치 못한 신호를 받을 수 있음.
용도	일반적으로 설계자의 의도와 관계없이 발생하며, 원하지 않는 상태로 간주됨	버스 통신에서 멀티 드라이버 환경을 구성하거나, 신호를 제어하지 않을 때 다른 회로를 보호하기 위해 사용.

 

 

따라서 안정적인 회로 동작을 위해 풀업/풀다운 저항 또는 적절한 외부 회로 설계가 필요하다. 

이전 포스팅에 풀업/풀다운 저항에 대해 정리해두었으니 확인 가능합니다.