최근 차량 내부의 대용량 이미지 전송과 관련된 기능이 꾸준히 증가함에 따라 LVDS(Low-Voltage Differential Signaling) 통신이 각광받고 있다. 이에 각 반도체 제조사는 다양한 시리얼라이저/디시리얼라이저(Serializer/Deserializer, SER/DES) 칩셋을 제공 중이며 이러한 칩셋을 활용한 다양한 전장품이 개발되고 있다. 독일 게펠 일렉트로닉(GOEPEL electronic)의 basicCON4121을 활용한 LVDS 평가 환경을 소개한다.

최근 자동차 산업은 첨단 운전자 지원 시스템(Advanced Driver Assistant System, ADAS) , 멀티미디어 정보를 제공하는 AVN(Audio Video Navigation) 전장품 개발이 활발해짐에 따라 대역폭이 큰 LVDS 통신을 사용하는 사례가 증가하고 있다(그림 1).

대용량 이미지 전송에 LVDS를 채택하는 이유는 일반 환경에 비해 진동 및 온도 조건이 가혹한 차량 환경에서 차동방식에 따른 강한 노이즈 내성, 최대 3.125 Gbps을 보장하는 빠른 통신속도와 이러한 속도를 보장하기 위한 낮은 전압 스윙, 마지막으로 낮은 전력소비 등을 보장하기 때문이다.

일반적인 LVDS 시스템 구성

일반적인 LVDS 시스템 구성은 해상도 카메라의 이미지 데이터를 SER 칩셋이 LVDS로 변환해 DES 칩셋으로 전송한다. 전송된 데이터는 병렬 이미지 데이터로 변환돼 전장품에서 사용할 수 있다.

실제 이러한 시스템에서 LVDS 전송케이블은 10 m 정도여서 노이즈 내성을 보장하기 위해 STP(Shield Twisted Pair) 혹은 Coaxial 케이블이 일반적으로 사용되고 있다. 그림 2와 같은 LVDS가 적용된 전장품의 테스트를 위해서는 모듈에 적용된 SER/DES에 상응하는 칩셋이 적용된 인터페이스가 필요하다.

사이드밴드 통신

전장품에 LVDS를 적용하는데 있어 추가로 고려해야 할 사항은 바로 사이드밴드 통신이다. 카메라 밝기, 픽셀사이즈 설정에서부터 모니터 터치 좌표 정보 등은 기존 CAN, LIN 통신을 이용해 별도의 네트워크로 구성됐지만 최근 추세는 LVDS 통신에 포함되고 있다. 이에 따라 LVDS 칩셋과 제어기간의 I²C, SPI, UART 통신제어는 추가적인 테스트 항목이 되고 있다(그림 3).

테스트 시나리오

LVDS 인터페이스 basicCON4121은 SER/DES 모듈을 교체함으로써 하나의 인터페이스에서 Frame Generator와 Frame Grabber를 혼용해 사용할 수 있다. 이를 적용한 4개의 테스트 시나리오를 소개한다.

1. 엔터테인먼트/내비게이션
기존 운전석에만 집중됐던 AVN 정보들은 최근 고급차를 중심으로 뒷좌석, 계기판 등으로 분배되고 있으며 이때 LVDS 통신이 활발히 활용되고 있다. 이러한 AVN 테스트 예시는 모듈에서 생성해 모니터로 전송하는 LVDS 신호를 캡처해 이미지로 변환하고 사전에 정의된 레퍼런스 데이터와 비교해 성능 및 동작을 검증할 수 있다(그림 4).

이러한 Grabber 테스트를 통해 올바른 이미지를 획득하기 위해서는 LVDS 칩셋마다 다른 RGB 비트 정보가 테스트 이전에 세팅돼야 한다(그림 5).

2. 카메라 시스템
첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 자율주행 차량에 대한 연구가 활발해지면서 HD급 이미지 센서를 적용한 카메라 모듈 개발이 증가하고 있다. 특히 ADAS 모듈의 알고리즘을 검증하기 위해서는 테스트 유저가 항상 도로주행을 통해 검증하기에는 한계가 있기 때문에 다양한 환경에서 도로주행 영상을 수집해 보관해야 한다. 이를 위해 만약 640×480 분해능의 이미지를 30 fps 1시간 동안 저장한다면 약 100 GB 용량으로 수집된다.
basicCON4121은 이러한 방대한 데이터를 SATA2로 별도의 외장하드에 다양한 코덱을 활용해 비디오로 저장할 수 있다(그림 6).

3. ADAS 모듈 개발 검증
차선유지 지원 시스템(Lane Keeping Assist System, LKAS)과 어라운드 뷰 등의 모듈 개발 검증을 단시간에 수행하기 위해서는 연구실에서 해당 환경을 모사해야 할 것이다. 사전에 촬영한 이미지를 모듈에 전송해 동작 및 성능을 검증할 수 있으며, 차선이탈 등과 관련된 진동이나 경고음 검증을 위해서 basicCON4121에서 별도로 제공되는 CAN, LIN, DIO 채널을 활용해 하나의 장비로 평가환경을 구축할 수 있다(그림 7, 8).

4. 디스플레이 테스트
마지막 테스트 시나리오는 LVDS 모니터에 AVN 등을 대신해 이미지를 전송하는 것이다. 적용 분야는 모니터 생산라인의 전수검사, 항온ㆍ항습 챔버에서의 동작 테스트, 모니터 터치 좌표 테스트에 활용된다. 또한 1:4 LVDS 분배기를 병렬로 연결해 최대 16개의 LVDS 모니터의 이미지 출력을 동시에 제어할 수 있다(그림 9).

SER/DES 칩셋에 따라 상이한 시그널라우팅과 사이드밴드 통신방식 때문에 유저는 동일한 LVDS 테스트 환경을 프로젝트에 따라 장비 및 소프트웨어를 새로 구성할 수 밖에 없었다. 하지만 basicCON4121은 간편하게 미디어 인터페이스 모듈과 프로그램 세팅을 변경함으로써 다양한 테스트 시나리오에 범용적으로 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

참고 자료 : [1] TI ds90ub914a-q1ApplicationNote
http://www.ti.com/product/ds90ub914a-q1?qgpn=ds90ub914a-q1 

AEM_Automotive Electronics Magazine