3강. IO 카드에 FPGA가 있어도 왜 타이밍 문제는 해결되지 않을까?

Line Scan 품질 문제가 반복될 때
현장에서 가장 자주 나오는 말이 있습니다.

• “IO 카드에 FPGA가 들어가 있는데요?”
• “하드웨어는 딜레이 없지 않나요?”
• “그럼 타이밍 문제는 아닌 것 같은데요?”

겉으로 보면 논리적으로 맞는 말처럼 들립니다.
하지만 실제 현장에서는 이 구조로 문제가 해결되지 않는 경우가 훨씬 많습니다.

왜일까요?

 

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1️⃣ 먼저 분명히 짚고 가야 할 사실

• ✔ IO 카드에 FPGA가 있는 것은 분명히 장점입니다.
• ✔ 하드웨어 자체의 신호 처리 속도는 매우 빠릅니다.
• ✔ 엔코더 입력 → 트리거 출력까지의 순수 하드웨어 딜레이는 거의 없습니다.

그런데도 Line Scan 품질 문제는 사라지지 않습니다.

👉 이유는 FPGA가 “어디까지” 관여하느냐에 있습니다.

 

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2️⃣ IO 카드 FPGA가 실제로 하는 일

대부분의 IO 카드에서 FPGA는 다음 정도의 역할만 수행합니다.

• 엔코더 입력 카운트
• 디지털 IO 신호 처리
• 단순 트리거 출력
• 인터럽트 또는 이벤트 전달

👉 “빠르게 신호를 처리해 주는 역할”이지
“검사 타이밍을 판단하는 역할”은 아닙니다.

 

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3️⃣ 진짜 문제는 그 다음 단계에 있다

IO 카드 이후의 구조를 보면 대부분 이렇게 이어집니다.

FPGA IO 카드
↓
PC (Windows OS)
↓
비전 프로그램
↓
조명 제어 명령 / 트리거 조건 변경

👉 여기서 결정적인 문제가 발생합니다.

 

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4️⃣ Windows OS는 실시간 시스템이 아니다

아무리 좋은 PC를 써도 Windows는 다음을 피할 수 없습니다.

• 스케줄링 지연
• 프로세스 우선순위 변경
• 인터럽트 처리 지연
• 백그라운드 작업 개입

👉 즉, “언제 실행될지 정확히 보장할 수 없다”는 뜻입니다.

 

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5️⃣ Line Scan에서는 이 차이가 치명적이다

Line Scan은 한 번의 타이밍이 아니라
수천~수만 번의 타이밍이 누적됩니다.

한 번은 5µs 늦고,
다음은 10µs 빠르고,
그다음은 정상…

이런 미세한 차이들이 쌓이면 결과는 이렇게 나타납니다.

• 이미지 위치 미세 이동
• 줄 단위 밝기 흔들림
• 듀얼이미징 불안정
• 속도 변화 시 즉각적인 품질 붕괴

👉 하드웨어는 빠른데
“판단과 제어는 느린 구조”인 것입니다.

 

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6️⃣ 많은 사람들이 여기서 착각한다

• “그럼 PC 성능을 올리면 되지 않나?”
• “CPU를 더 좋은 걸 쓰면 되지 않나?”
• “프로그램을 최적화하면 되지 않나?”

👉 문제의 본질은 성능이 아니라 구조입니다.
Windows 위에서 판단하는 한 타이밍은
‘보장’이 아니라 ‘운’에 가깝습니다.

 

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7️⃣ 결정적인 질문 하나

“트리거 타이밍을
누가, 언제, 어떤 기준으로 결정하는가?”

• PC가 결정한다면 → OS 지연 개입
• 소프트웨어가 결정한다면 → 비결정성 존재
• 하드웨어가 결정한다면 → 타이밍 보장 가능

 

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8️⃣ 그래서 IO 카드 FPGA만으로는 부족하다

• IO 카드의 FPGA는 ‘빠른 손’일 뿐
• Line Scan에는 ‘빠른 두뇌’가 필요하다

그리고 그 두뇌는 PC가 아니라
FPGA 안에 있어야 합니다.

엔코더 → 판단 → 조명 → 카메라
이 전체 흐름이
하나의 FPGA 타임라인 안에서 이루어져야 한다는 뜻입니다.

 

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🔜 다음 글 예고

다음 글에서는 또 하나의 핵심 오해를 짚어보겠습니다.

“조명 제어는 그냥 컨트롤러 쓰면 되는 거 아닌가요?”

👉 4강. MCU 기반 조명 제어기가 Line Scan에 취약한 이유

 

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9️⃣ 요약

IO 카드에 FPGA가 있어도 타이밍 판단이 PC에 있으면 Line Scan 문제는 해결되지 않는다.

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