자동차 헤드유닛 설계 단순화를 위한 대안 제시

전 세계 라디오 표준 지원 업계 최초 원격 튜너

글│윤 범 진 기자 _ bjyun@autoelectronics.co.kr
2017년 05월호 지면기사


키쇼어 레이첼라(Kishore Racherla) Maxim Integrated 비즈니스 매니저


맥심 인터그레이티드(이하 맥심)의 오토모티브 비즈니스는 현재 회사 전체 매출의 18%를 차지한다. 맥심은 10년 넘게 오토모티브 비즈니스를 진행하면서 제품과 고객 기반을 다각화했다. 최근 단일 하드웨어 플랫폼으로 전 세계 자동차 라디오 표준을 지원하는 원격 튜너 솔루션을 발표하면서 업계에 또 하나의 이정표를 세웠다. 이와 관련 맥심의 키쇼어 레이첼라 비즈니스 매니저와 인터뷰를 했다. 인터뷰는 서면으로 진행됐다.  



Q. 맥심은 전력관리, RF, 키리스 액세스, 고속 시리얼 링크 관련 IC에 경쟁력 있는 회사라고 알고 있습니다.

A. 레이첼라
맥심은 일반 자동차 시스템이 고 입력 전압(36 V 이상)을 처리하고 자동차 수명주기 동안 로드 덤프(load dump) 상황에서 안정적으로 작동할 수 있도록 지원하는 고성능의 다양한 아날로그 IC를 제공합니다. 디스플레이 전력 IC와 백라이트 드라이버는 폭넓은 디밍(dimming) 범위로 밝기를 제어하고 낮은 EMI 환경에서 동작할 수 있도록 설계됐습니다. 맥심의 서데스(SerDes) IC는 STP(Shielded Twist Pair, 차폐연선)와 동축 매체, HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection, 고대역 디지털 콘텐츠 보호) 복제 방지 기능을 지원합니다.

맥심은 2016년 자동차 시장에 10억 번째 IC를 출하했고, 분기 매출은 1억 달러를 넘어섰습니다. 맥심 제품에는 인포테인먼트, 안전성, 키리스 액세스, 파워트레인 등을 개선하는 IC가 포함돼 있습니다. 많은 고객들이 크기를 줄이고 안정성을 높인 자동차 서브시스템에 맥심의 고집적 제품을 이용하고 있습니다.

 


Q. 단일 하드웨어 플랫폼의 원격 튜너 솔루션을 발표하게 된 배경이 있습니까.

A. 레이첼라
맥심의 미션은 고객에게 설계 유연성, 확장성 및 용이성, 공간절약, 무선 성능 개선 등의 혜택을 제공하는 것입니다. 기존 무선 아키텍처는 차량 설계 시 많은 문제를 제기합니다. 차량의 복잡한 헤드유닛은 다수의 튜너를 수용하고 열 방출을 관리하며 다수의 안테나 케이블을 연결해야 합니다. 수신한 아날로그 신호는 안테나에서 헤드유닛으로 이동할 때 잡음이 유입됩니다. 베이스밴드 처리는 단일 목적의 하드웨어를 사용하기 때문에 전 세계 다수의 무선 표준을 지원하기 위해 별도의 디자인이 필요합니다.
 

맥심 RF to Bits 튜너는 잡음 영향이 적은 안테나 근처에 위치해 잡음을 최소화합니다. 튜너의 디지털 출력은 단일 동축 케이블에서 맥심의 GSML 직렬변환기(Serializer)와 직병렬변환기(SerDes)를 사용해 직렬화됩니다. 원격 튜너 솔루션 전력은 이 단일 케이블로 제공돼 라디오 성능이 높아짐은 물론, 차량 무게를 줄여 주행거리를 향상시킵니다. 헤드유닛에서 모든 튜너를 제거하면 공간이 절약되고 시스템 복잡성과 열 방출이 모두 감소합니다. 4채널 무선의 경우 헤드유닛에서 4 W 전력을 절감할 수 있습니다. 

MAX2175는 르네사스(Renesas Electronics) R-Car H3 SoC처럼 차량 SoC에서 소프트웨어로 베이스밴드 프로세싱을 처리할 수 있게 합니다. 이같은 소프트웨어정의무선(SDR) 방식은 전용 베이스밴드 프로세서가 필요 없어 유연한 구현이 가능합니다. MAX2175를 사용해 소프트웨어만 변경해도 전 세계 라디오 표준을 지원할 수 있습니다.

  

Q. 이전 세대 제품인 MAX2173 RF to Bits 튜너와의 차이는 무엇입니까.

A. 레이첼라
MAX2173과 MAX2175는 자동차 수신 환경에서 원격 튜너와 소프트웨어정의무선 솔루션으로 설계된 프론트엔드가 있는 RF to Bits 무선 수신기입니다. MAX2173은 DAB(Digital Audio Broadcast)에 사용되는 업계 최초의 RF to Bits 무선 수신기입니다. MAX2175는 고급 아날로그/디지털 RF to Bits 무선 수신기입니다. MAX2175 고집적 튜너는 VHF Band-Ⅲ와 L-Band를 지원하면서 DAB 및 DMB(Digital Multimedia Broadcast)에서 직접변환을 이용합니다. Low-IF와 베이스밴드로의 디지털 변환을 이용해 FM, DRM+, FM-HD 및 웨더-밴드(Weather-Band) 수신을 지원합니다. AM(장파, 중파 및 단파)과 DRM 수신은 직접 샘플링과 베이스밴드로의 디지털 변환을 이용해 지원합니다.
앞서 말했듯이, MAX2175는 차량의 하드웨어 변경 없이 소프트웨어 업데이트만으로 전 세계 무선 표준을 지원합니다.

 

Q. 이번 발표한 원격 튜너 솔루션은 5개의 IC로 구성돼 있는데, 설계 복잡도를 낮추고 공간 활용도를 높일 수 있음을 강조하고 있습니다.

A. 레이첼라
MAX96708은 자동차 카메라 용도에 적합한 소형 직병렬변환기입니다. 적응 등화(adaptive equalization) 및 출력 크로스포인트 스위치(output crosspoint switch) 기능이 포함돼 있습니다. 내장된 제어 채널은 UART, I2C 및 UART/I2C 혼합 모드에서 9.6 kbps~1 Mbps로 동작하고 비디오 타이밍과 관계없이 직렬변환기, 직병렬변환기 및 카메라 레지스터를 프로그램할 수 있습니다. 

MAX96708은 확산 스펙트럼 시리얼 입력에서 데이터를 추적할 수 있습니다. 시리얼 입력은 ISO 10605와 IEC 61000-4-2 ESD 표준을 준수합니다. 코어 전압 범위는 1.7 V~1.9 V이고, I/O 전압 범위는 1.7 V~3.6 V입니다. 0.5 mm 리드 피치의 32핀(5mm × 5mm) TQFN 패키지로 제공되며 -40 ℃ ~+115 ℃ 범위에서 동작합니다. 

MAX96711은 자동차 카메라 용도에 적합한 기능을 가진 소형 14비트 GMSL 직렬변환기입니다. 고대역폭 모드에서 12비트 선형 또는 혼합 HDR 데이터 유형의 최대 병렬 클록은 116 MHz입니다. 전송선장애 회로는 링크 케이블에서 단선/단락(open/short) 장애를 감지합니다. 

내장된 제어 채널은 UART, I2C 및 UART/I2C 혼합 모드에서 9.6 kbps~1 Mbps로 동작하고 비디오 타이밍과 관계없이 직렬변환기, 직병렬변환기 및 카메라 레지스터를 프로그램할 수 있습니다. 전송선장애 회로는 링크 케이블에서 단선/단락 장애를 감지합니다. 

보다 긴 케이블을 구동하기 위해서, IC는 프로그램이 가능한 프리/디엠퍼시스(pre/deemphasis) 기능이 있습니다. 프로그래밍이 가능한 확산 스펙트럼은 시리얼 출력에서 이용할 수 있습니다. 시리얼 출력은 ISO 10605와 IEC 61000-4-2 ESD 표준을 준수합니다. 코어 전압 범위는 1.7 V~1.9 V이고, I/O 전압 범위는 1.7 V~3.6 V입니다.

 

MAX96711은 0.5 mm 리드 피치의 32핀(5mm × 5mm) TQFN 패키지로 제공되며 -40 ℃~+115 ℃ 범위에서 동작합니다.
1A LDO 선형 레귤레이터 MAX15027/MAX15028은 최저 1.425 V의 입력 전압으로 동작하며 75 mV의 전형적인 드롭아웃 전압으로 최대 1 A의 연속 출력 전류를 공급합니다. 출력 전압은 0.5 V~VIN 범위로 조정 가능하고 -40 ℃~+125 ℃ 범위에서 부하 및 회선 변화에 따라 ±2% 정확도를 갖습니다. MAX15028은 상시(always-on) 전원 공급에서 3 V~5.5 V의 바이어스 입력을 제공합니다. 바이어스 입력 전류는 셧다운 시 2 μA 미만으로 감소합니다. 

이 레귤레이터는 소형의 1 μF 세라믹 입력 커패시터와 4.7 μF 세라믹 출력 커패시터를 사용해 1 A 출력 전류를 공급합니다. 고대역폭은 뛰어난 과도응답을 제공하고 4.7 μF의 세라믹 출력 커패시터만으로 500 mA 부하 단계에서 출력 전압 편차를 15 mV로 제한합니다. 전압 편차는 출력 커패시터를 늘리면 더 줄일 수 있습니다. 
 

이 레귤레이터는 논리 제어 셧다운 입력을 제공해 대기 모드에서 입력 전류(IIN) 소비를 5.5 μA 미만으로 낮춥니다. 이밖에 돌입전류를 줄이기 위한 소프트스타트, 단락보호, 열 과부하 보호 기능 등이 포함돼 있습니다. 

MAX15028은 입력 전압이 0 V가 되어도 LDO 내부 회로가 계속 동작하도록 2차 전원을 허용하는 바이어스 입력을 제공합니다. MAX15027/MAX15028 레귤레이터는 -40 ℃~+125 ℃ 범위에서 동작하고 최적의 전력 손실을 위한 노출 패드를 포함해 열강화 10핀 TDFN 패키지(3mm × 3mm)로 제공됩니다. 
 

36 V, 2 A, 동기식 벅 컨버터 MAX20002/ MAX20003은 하이사이드와 로우사이드 MOSFET을 통합했습니다. 각 소자는 3.5 V~36 V의 입력 전압으로 최대 2A/3A 전류를 공급하면서 부하가 없을 때, 단 15 μA의 대기전류를 사용하도록 설계됐습니다. 전압 품질은 PGOOD 신호를 관찰함으로써 모니터링할 수 있습니다. 98% 듀티 사이클로 실행해 드롭아웃에서 작동할 수 있어 자동차 분야에 적합합니다. 

이 벅 컨버터는 1 V~10 V의 출력 전압을 프로그램할 수 있는 기능과 함께 5V/3.3V의 고정 출력 전압을 제공합니다. 주파수는 FOSC 핀에서 접지 레지스터를 사용해 220 kHz~2.2 MHz 내로 프로그램할 수 있습니다. 15 μA의 초저 대기전류로 강제 고정 주파수 모드와 스킵(skip) 모드를 제공합니다. 확산 스펙트럼을 온/오프하도록 프로그램할 수 있는 핀이 있어, EMC 관리 향상을 모색하는 시스템 설계자들에게 도움을 줍니다.
MAX20002/MAX20003은 노출 패드가 포함된 5 mm × 5 mm 20핀 TQFN 패키지로 제공되며 외부 컴포넌트를 거의 사용하지 않습니다.

 

Q. 라디오 튜너를 안테나 근처에 배치하는데 따른 트레이드오프는 없을까요.

A. 레이첼라
원격 튜너는 전통적인 아키텍처에서 개선된 형태입니다. OEM은 케이블 비용과 무게 감소 효과뿐 아니라 커넥터 수 감소, 저잡음증폭기(LNA) 제거로 추가 혜택을 누릴 수 있습니다. 튜너를 헤드유닛 밖으로 이동시켜 시스템에 대한 공간이 생기고 유닛 내부의 열 방출이 감소합니다. 원격 튜너는 기존 LNA 모듈에 위치해 새로운 공간이 필요하지 않습니다. 또한 안테나 근처에 위치함으로써 무선 성능도 개선됩니다.

 

Q. 맥심의 원격 튜너 솔루션이 어떤 면에서 경쟁 솔루션보다 탁월하다고 할 수 있을까요.

A. 레이첼라
맥심의 원격 튜너 솔루션은 GMSL 상에서 디지털 I/Q 데이터를 전송합니다. GMSL은 이더넷리치(EthernetReach)와 같은 네트워크 기반 기술이 아닌 최적화된 지점간 연결(point-to-point link)입니다. 그러나 GMSL은 자동차 제조사가 원한다면 이더넷을 지원할 수 있습니다. 

경쟁 솔루션은 대체로 안테나 근처에 튜너와 베이스밴드 프로세서를 배치하고 출력은 오디오 데이터입니다. 이같은 솔루션은 크기가 더 크고 더 많은 전력이 요구됩니다. 맥심의 원격 튜너 솔루션은 크기가 더 작고, 이에 따라 LNA 모듈 내에 들어갈 수 있습니다. 또한 베이스밴드 처리와 관련해 전력손실이 없습니다.

 

Q. GMSL 외에도 다른 시리얼 통신 기술(예컨대 FPD Link, Camera Link, Ethernet)을 적용할 수 있는 옵션이 있습니까.

A. 레이첼라
자동차 분야에서 맥심의 GMSL 서데스 기술은 이더넷에 대한 압축 없는 대안으로, 이더넷과 비교해 10배 빠른 데이터 전송률과 50% 적은 케이블 비용, 향상된 EMC를 제공합니다. 맥심의 GMSL 칩셋은 15미터의 동축 또는 STP 케이블을 구동함으로써 견고한 다용도 설계에 필요한 유연성을 제공합니다. 자동차 제조사가 원한다면 이더넷을 지원할 수 있습니다. 한마디로 맥심 튜너는 다양한 시리얼 통신 기술과 연동할 수 있지만, 원격 튜너 솔루션은 GMSL 사용에 최적화돼 있습니다.

 

Q. 맥심 GMSL과 다른 경쟁 기술을 비교할 때 특징은 무엇입니까.

A. 레이첼라
확산 스펙트럼 기능이 각 직렬변환기와 직병렬변환기 IC에 내장돼 외부 확산 스펙트럼 클록이 없어도 링크의 EMI 성능을 개선합니다. 각 직렬변환기는 같은 제품군 내 어떤 직병렬변환기와도 동작할 수 있어 링크 각 끝단에서 다른 인터페이스를 사용할 수 있습니다. 이런 제품은 고해상도의 중앙 및 뒷좌석 디스플레이를 구동하는 것 외에도 메가픽셀 카메라 시스템에서 사용할 수 있습니다. 

카메라 용도에 적합한 맥심 차세대 GMSL 직렬변환기는 소형 폼팩터(5×5 mm TQFN)로 고성능(3 Gbps 고속 비디오 링크), 요구조건 충족(깔끔한 아이다이어그램), 풍부한 진단 기능(자동차 등급) 등의 혜택을 제공합니다.

 

Q. GMSL이 이더넷과 직접적인 경쟁관계에 있다고 할 수 있을까요.

A. 레이첼라
자동차 분야에서 맥심의 GMSL 서데스 기술은 이더넷에 대한 압축 없는 대안으로, 이더넷과 비교해 10배 빠른 데이터 전송률과 50% 적은 케이블 비용, 향상된 EMC를 제공합니다.

 

Q. ‘MAX2175 RF to Bits’ 튜너 솔루션은 가격 경쟁력과 전력소모 면에서도 경쟁력이 있습니까.

A. 레이첼라
맥심만이 유일하게 전력, RF, 서데스 3개의 컴포넌트를 모두 제공합니다. 원격 튜너 솔루션은 케이블 비용과 무게를 줄이고 커넥터 수 감소, LNA 제거로 추가 혜택을 제공합니다. 헤드유닛에서 모든 튜너를 제거함으로써 공간을 절약하고 시스템 복잡성과 열 방출이 모두 감소됩니다. 예를 들어 4채널 무선의 경우, 헤드유닛에서 4 W 전력을 절감할 수 있습니다.

 
Q. 자동차 산업은 매우 까다로운 요구사양을 제시하고 있습니다. 이와 관련 맥심의 대응은 무엇입니까.

A. 레이첼라
맥심의 주요 배터리 관리 제품은 ISO 26262에 따라 서드파티 기능안전 인증을 받았습니다. 이는 배터리 관리 제품에 대해 달성할 수 있는 최고 수준의 ASIL(ASIL D)입니다. 맥심의 기능안전 제품 개발 프로세스는 공신력 있는 서드파티 기관인 티유브이 노르트(TUV Nord) 인증을 받았습니다.

 

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