ESP32와 TEA5767로 만든 FM 라디오, 첫 PCB 설계에서 배운 전원·풋프린트 실전 노하우

라즈베리파이나 아두이노로 시작한 취미 전자공학자가 다음 단계로 넘어갈 때 흔히 마주하는 벽이 있다. 브레드보드 위에서 잘 돌아가던 회로를 실제 인쇄회로기판(PCB)으로 옮기는 일이다. 최근 공개된 한 오픈소스 프로젝트는 TEA5767 FM 튜너 모듈을 중심으로 한 라디오 수신기를 아두이노 프로토타입에서 ESP32 기반 커스텀 PCB로 발전시키는 과정을 문서화했다. 완성도 높은 상용 제품은 아니지만, 처음 PCB를 설계하는 사람이 실제로 부딪히는 문제들을 구체적으로 기록했다는 점에서 실무적으로 참고할 만하다.

프로젝트는 2026년 1월 아두이노 UNO와 TEA5767 모듈로 시작했다. 초기 프로토타입은 수동·프리셋 FM 튜닝, 16x2 LCD를 통한 현재 주파수 표시, 유선 이어폰 출력이라는 기본 기능을 갖췄다. 다만 TEA5767 모듈에는 스피커를 구동할 내장 앰프가 없어 오디오 출력에 제약이 있었고, 신호를 뽑아내기 위해 모듈에 직접 납땜을 해야 했다. 2단계(Phase 2)에서 제작자는 이 한계를 정리하면서 회로 전체를 재설계했다.

부품 교체가 곧 설계 목표

2단계의 개선은 단순한 기능 추가가 아니라 PCB 면적과 재현성을 염두에 둔 선택이었다. 아두이노 UNO는 공간 절약을 위해 ESP32 개발 보드로 교체됐고, 16x2 LCD 역시 같은 이유로 0.96인치 OLED 디스플레이로 바뀌었다. 수동 주파수 조정과 프리셋 선택을 하나의 부품으로 처리하기 위해 KY-040 로터리 엔코더가 도입됐다. 오디오 쪽에서는 PAM8403 앰프를 추가해 3W·4Ω 스피커 두 개를 구동하도록 했는데, 이 프로젝트에서는 볼륨 조절 기능이 달린 이른바 '노브형' PAM8403 보드를 사용해 앰프가 볼륨 컨트롤 역할까지 겸하게 만들었다.

전원 설계에서 드러난 두 가지 함정

이 프로젝트에서 가장 실무적으로 유익한 부분은 전원 처리다. 첫째, TEA5767 모듈은 5V로 동작하도록 설계돼 있지만 ESP32에 연결할 때는 3.3V로 구동하는 편이 안전하다. ESP32-DevKit-32E 제조사(Nulllab)에 따르면 I/O 핀에 3.6V를 넘는 전압이 걸리면 칩이 손상될 수 있는데, 모듈을 5V로 켜고 SCL·SDA 핀을 마이크로컨트롤러의 데이터 핀에 직접 연결하면 그 핀들이 5V까지 올라가 소손 위험에 노출된다. I2C 통신을 쓰는 3.3V 계열 MCU와 5V 모듈을 섞을 때 반복적으로 등장하는 고전적 함정이다.

둘째, PAM8403 앰프는 마이크로컨트롤러가 아니라 별도의 전원으로 공급해야 한다. 제작자는 간단한 계산으로 이유를 설명한다. 3W 스피커 두 개, 총 6W를 5V로 구동하면 전류는 I = P / V = 6W / 5V = 1.2A에 이른다. 이는 ESP32 핀당 절대 최대 정격인 40mA를 압도적으로 초과하는 값이다. 그래서 앰프와 마이크로컨트롤러를 5V·1.5A 용량의 어댑터 하나에 병렬로 연결했다. 앰프는 동작 자체에 큰 전류가 필요하고 볼륨을 높여 음악을 크게 재생할 때는 더 큰 전류를 끌어당기므로, 다른 회로 영역에서 전압 강하(브라운아웃)가 생기지 않도록 1A 이상을 안정적으로 공급하는 어댑터를 쓰라고 권한다.

KiCad에서 만난 현실적 제약

회로도는 KiCad 스키매틱 에디터로 그렸는데, 여기서도 초보자가 흔히 헷갈리는 문제가 드러난다. TEA5767에서 나온 오디오 신호를 PAM8403의 L·G·B 핀에 넣기 위해 한쪽 끝을 벗긴 3.5mm 잭을 사용했지만, 이 연결은 회로도에 반영되지 않았다. KiCad는 부품 심볼의 핀 수가 실제 풋프린트의 핀 수보다 많은 것을 허용하지 않기 때문이다. TEA5767에는 L·G·R을 위한 지정 핀이 없어 문제가 복잡해지는데, 제작자는 이 잭과 모듈 간 연결이 실제 PCB에 닿지 않는다는 점을 근거로 앰프의 해당 핀을 미연결 상태로 두고 TEA5767은 물리적 핀만 그리는 방식으로 처리했다. 정석은 잭을 스키매틱에 별도 부품으로 그리는 것이지만, 재현성과 작업 편의를 저울질한 실용적 타협이다.

ESP32-DevKit-32E, TEA5767, PAM8403, KY-040, OLED 디스플레이는 KiCad 기본 라이브러리에 풋프린트가 없어 직접 만들어야 했고, 이 커스텀 풋프린트들은 저장소의 Custom_Footprints.pretty 폴더에 포함됐다. 최종 거버(Gerber) 파일도 제조사에 보낸 그대로 공개돼 있어, 같은 부품 조합으로 보드를 뜨려는 사람이 바로 참고할 수 있다.

정리하자면 이 저장소의 가치는 완성된 제품보다 과정의 투명함에 있다. 3.3V 레벨 매칭, 앰프의 독립 전원과 전류 계산, KiCad 커스텀 풋프린트 제작, 스키매틱과 실제 배선의 불일치를 다루는 방식 같은 대목은 FM 라디오라는 특정 주제를 넘어 첫 PCB를 설계하는 누구에게나 적용되는 교훈이다. 다만 어디까지나 개인 학습 프로젝트인 만큼 EMI 대책, 오디오 신호 노이즈 처리, 안테나 설계, 스피커 임피던스 매칭의 정밀도 같은 부분은 깊게 다루지 않으며, 이 점을 감안해 시작점으로 활용하는 것이 현실적이다.