[아두이노] PWM은 만능일까? 가짜 아날로그가 통하는 곳과 안 통하는 곳


1. PWM, 어디까지 써봤니?

우리는 아두이노의 analogWrite()를 통해 LED 밝기를 조절하며 PWM의 편리함을 맛보았습니다. 하지만 엔지니어라면 항상 질문을 던져야 합니다. "이 '가짜 아날로그' 신호를 모든 곳에 아날로그 대신 써도 될까?" 답은 "아니오"입니다.

2. PWM과 찰떡궁합: "둔감한" 하드웨어들

PWM의 거친 ON/OFF 신호를 부드럽게 받아주는 장치들이 있습니다. 이들의 공통점은 **'관성'**이나 '잔상' 같은 물리적 필터 기능을 내장하고 있다는 점입니다.

  • LED (시각적 관성): 인간의 눈은 초당 490번의 깜빡임을 보지 못하고 평균 밝기로 인식합니다.

  • DC 모터 (물리적 관성): 모터 내부의 코일(인덕터)과 회전체의 무게 덕분에, 전기가 끊겨도 즉시 멈추지 않고 부드럽게 회전 속도를 유지합니다. PWM은 모터 속도 제어의 '치트키'와 같습니다.

3. PWM이 힘을 못 쓰는 곳: "예민한" 하드웨어들

반면, 신호의 변화를 실시간으로 출력해야 하는 장치들에서는 PWM의 거친 사각형 파형이 치명적인 독이 됩니다.

  • 스피커와 오디오 장치: 스피커의 진동판은 전압 변화에 즉각 반응합니다. 여기에 PWM 신호를 그대로 넣으면, 우리가 원하는 소리 대신 **"삐-" 하는 고주파 소음(스위칭 노이즈)**이 섞여 들립니다.

  • 정밀 측정 센서: 아주 미세한 전압 변화를 읽어야 하는 센서에 PWM 전원을 공급하면, 데이터 값이 0과 5 사이를 널뛰며 엉망이 됩니다.

4. 해결책: 거친 녀석을 부드럽게 만드는 '필터'

만약 스피커에서 PWM으로 소리를 내야 한다면 어떻게 해야 할까요? 문장에서 언급된 **'외부 회로'**가 필요합니다.

가장 대표적인 것이 **저항(R)과 커패시터(C)를 이용한 Low-Pass Filter(저역 통과 필터)**입니다. 이 회로를 통과하면 날카로운 사각형 파형의 모서리가 깎이면서, 우리가 원하는 매끄러운 아날로그 파형에 가까워집니다.

💡 엔지니어를 위한 최종 요약

"부하(Load)의 성격을 파악하는 것이 제어의 시작이다."

  1. 부하가 무겁거나(모터), 반응이 느리다면(LED, 히터) PWM만으로 충분합니다.

  2. 부하가 예민하고(오디오), 정밀한 파형이 중요하다면 **추가적인 필터 회로나 진짜 DAC(Digital to Analog Converter)**를 고려해야 합니다.

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