I2C

왜 배우는가: I2C는 센서·메모리·전원 IC 등 저속 주변장치를 두 가닥 선으로 묶는 대표 버스라서 임베디드·가전·자동차 전장 설계에서 거의 빠지지 않고 쓰인다. 기술사 시험에서는 1교시 용어 문제와 3교시 논술 문제로 반복 출제되어, 정의와 통신 절차를 짧게 정리해 두는 것이 필요하다.

출제 이력: 제102회 3교시 1번, 제96회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

I2C는 SDA·SCL 두 가닥으로 마스터와 여러 슬레이브가 주소를 지정해 통신하는 동기식 직렬 버스다.

• 핵심 키워드: SDA(Serial Data), SCL(Serial Clock), 마스터(Master), 슬레이브(Slave), 7비트 주소, ACK/NACK, 시작 조건(Start Condition), 정지 조건(Stop Condition)

답안 첫 줄은 위 정의 문장을 그대로 쓰고, 이어서 '저속 주변장치를 적은 핀으로 연결하는 방식'이라고 한 줄 덧붙인다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, I2C는 주소 체계를 갖춘 '두 선짜리 공용 도로'다. 마스터가 차량 번호(주소)를 불러 특정 슬레이브만 응답하게 한다.

정식 정의는 다음과 같다. I2C(Inter-Integrated Circuit, 원래 IIC라 부름)는 1980년대 초반에 필립스 반도체(현재 NXP 반도체)가 개발한 동기식 다중 마스터·다중 슬레이브 직렬 버스다. 두 선의 신호는 모두 풀업 저항으로 HIGH를 유지하고, 각 장치는 선을 LOW로 끌어내리는 방식(오픈 드레인 또는 오픈 컬렉터)으로 데이터를 보낸다.

핵심 용어를 정리하면 다음과 같다.

• SCL: 클럭 선이다. 마스터가 항상 구동한다.
• SDA: 데이터 선이다. 마스터와 슬레이브가 번갈아 구동한다.
• 멀티 마스터(Multi-master): 둘 이상의 마스터가 버스 충돌 없이 제어를 시도할 수 있는 구조다.
• 중재(Arbitration): 동시에 제어를 시도하면 한 마스터만 통신을 이어 가도록 하는 절차다.
• 클럭 동기화(Synchronization): 여러 장치의 SCL을 맞추는 절차다.

시작 조건은 SCL이 HIGH일 때 SDA가 HIGH에서 LOW로 바뀌는 것이다. 정지 조건은 SCL이 HIGH일 때 SDA가 LOW에서 HIGH로 바뀌는 것이다. 두 조건은 데이터 비트와 구별되는 유일한 신호이므로, 답안에서 반드시 함께 쓴다.

3. 등장 배경과 필요성

집적회로는 핀 수가 많을수록 비싸고 기판 면적도 커진다. 속도가 중요하지 않은 주변장치에는 핀을 줄인 직렬 버스가 경제적이다. I2C는 이 요구에 맞춰 1980년대 초반에 필립스 반도체(현재 NXP 반도체)가 개발했다.

I2C 이전에는 장치마다 별도의 병렬 버스나 개별 선택 선이 필요했다. 장치가 늘면 배선이 기하급수적으로 늘어난다. I2C는 주소로 장치를 고르므로 장치 수가 늘어도 두 선을 공유한다. 이 구조 때문에 센서·EEPROM·RTC 같은 저속 IC를 한 버스에 묶을 수 있다.