TI, 단일 칩 위성 센싱 및 전원 드라이버 발표

텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments, TI)가 23일 온라인 미디어간담회를 열고 ADAS와 전기차(EV)의 안전성 및 기능 강화(intelligence)를 위해 설계된 단일 칩 솔루션 3종을 발표했다. 

그중 하나인 위성 레이다 아키텍처(Satellite radar architectures)용 AWR2544 77GHz 밀리미터파(mmWave) 레이다 센서 칩은 ADAS의 센서 융합 및 의사결정 기능을 개선함으로써 더 높은 수준의 자율성을 구현한다. 소프트웨어 프로그래밍 가능 드라이버 칩인 DRV3946-Q1 통합 접촉기(contactor) 드라이버와 DRV3901-Q1 파이로퓨즈(pyro-fuse) 통합 스퀴브(squib) 드라이버는 내장형 진단 기능을 제공하여 배터리 관리(BMS) 및 파워트레인 시스템의 기능 안전성(functional safety)을 지원한다. 

자동차 시스템 설계자가 ADAS 기능 구현을 위해 고려하는 한 가지 방법은 전기/전자 시스템 아키텍처의 구조와 통합을 재고하는 것이다. 오늘날 일반적인 아키텍처는 에지 아키텍처다. 이 아키텍처는 CAN 또는 100Mb 이더넷 인터페이스를 통해 ADAS 전자제어장치(ECU)로 처리되는 데이터를 스트리밍하는 고도로 지능화된 레이다 센서로 구성된다. 
에지 아키텍처는 진화하고 있으며, 차량 곳곳에 흩어져 있는 센서 헤드가 고속 1Gb 이더넷 인터페이스를 통해 전처리된(pre-processed) 레인지 FFT(Fast Fourier Transform) 데이터를 강력한 중앙 ECU로 스트리밍하는 위성 아키텍처(Satellite architecture)로 교체되고 있다. 데이터 처리의 상당 부분이 중앙 ECU로 오프로드된다. 위성 아키텍처는 개별 레이다 센서가 모든 데이터 처리를 독립적으로 수행하는 에지 아키텍처와 달리, 중앙 프로세서에서 최소한의 데이터를 사용하여 중앙 집중식 데이터 처리를 지원한다. 
 

브랜든 세이저(Brandon Seiser) TI 차량용 ADAS 레이다 제품 마케팅 매니저는 “자동차 제조업체는 자동차의 안전성 향상을 목표로 차량 주변의 레이다 센서 개수를 늘리기 위해 차량 아키텍처를 발전시키고 있다. 위성 레이다 아키텍처는 여러 센서의 레이다 데이터를 중앙에서 처리함으로써 ADAS 의사결정 능력을 개선한다"며 "오늘날 레이다 센서 칩은 위성 아키텍처에 최적화되어 있지 않다”라고 지적했다. 

위성 아키텍처에서 레이다 센서는 ADAS 의사결정을 위해 360도 전방위에 달하는 감지 범위와 센서 융합 알고리즘을 통해 반처리된(Semi-processed) 데이터를 중앙 프로세서로 출력하여 높은 수준의 차량 안전을 달성한다. 

위성 아키텍처용으로 설계된 AWR2544 레이다온칩(radar-on-chip) 센서는 4개의 트랜스미터(Tx)와 4개의 리시버(Rx)가 통합된 77GHz 트랜시버를 갖추고 있어 향상된 탐지 범위와 향상된 성능을 제공한다. 또한, 비용 최적화된 레이다 처리 가속기와 1Gbps 이더넷 인터페이스가 포함되어 있어 레인지 FFT 압축 데이터를 생성하고 스트리밍할 수 있다. 이 제품은 ISO 26262에서 규정한 자동차 안전무결성 수준(Automotive Safety Integrity Level, ASIL) B 등급을 지원하며 하드웨어 보안 모듈을 통해 안전한 실행 환경을 제공한다. 

또한, AWR2544는 TI의 LOP(Launch-on-Package) 기술이 적용됐다. LOP 기술은 인쇄회로기판(PCB)의 반대편에 3D 도파관 안테나를 장착하여 센서 크기를 최대 30%까지 줄이고 단일 칩으로 탐지 범위를 200m 이상으로 확장할 수 있다. 
시스템 수준에서, LOP 기술은 향상된 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR) 덕분에 성능을 개선하고, 열관리를 용이하게 하며, 값비싼 RF PCB 재료를 사용하지 않아 비용을 낮추고, 여러 센서 설계에서 PCB 재사용을 지원함으로써 유연성을 높인다. 
 

TI는 호환 가능하고 안전성이 강화된 전원관리 IC(PMIC)를 제공하여 시스템 구현을 쉽게 해준다. LP87725-Q1은 이더넷 물리계층(PHY)과 함께 AWR2544 기반 위성 아키텍처에 전원을 공급하기 위한 저잡음 벅 컨버터 3개, 저 드롭아웃 레귤레이터 1개, 부하 스위치 1개를 갖추고 있다. 

더 스마트한 전기 파워트레인 시스템 구현

AWR2544 레이다 센서는 외부 위험으로부터 안전을 지킬 수 있는 데 비해, 전원관리 시스템은 단락으로 인한 치명적인 사고를 방지한다. 이러한 시스템 중 접촉기 드라이버와 파이로퓨즈 드라이버는 안전성과 효율성을 높인다. 

배터리 관리 시스템(BMS)의 전원 분배는 차량의 핵심 기능에 전원을 공급하는 동시에 고전압과 고전류 이벤트를 안전하게 차단하는 메커니즘을 제공한다. 전원 분배 시스템의 두 가지 핵심 부품인 고전압 릴레이와 차단 퓨즈(disconnect fuse)는 더 높은 전압, 전류, 효율성 및 신뢰성을 지원해야 하므로 점점 더 설계상 어려움에 직면하고 있다. 
재설정이 불가능한 배터리 차단 퓨즈는 비상 상황에서 활성화되어 배터리와 차량의 나머지 부분 간의 연결을 끊는다. 고전압 접촉기는 정상 작동 중에 HEV 또는 EV 전체의 전원 공급 라인을 연결하고 분리한다. 
 
마크 응(Mark Ng) 하이브리드 및 전기차 부문 총괄 매니저는 “오늘날의 고전압 전기차 파워트레인 차단 회로에는 더 안전하고 효율적인 제어가 필요하다. 하지만 현재의 다중 칩 솔루션은 복잡하고 비효율적이다. TI의 새로운 두 고집적 드라이버 칩은 ISO 26262 기능 안전성 규정을 충족하며 자동차 개발 기간을 줄일 수 있는 진단 및 보호 기능을 내장하고 있다”라고 설명했다. 

DRV3946-Q1은 접촉기를 효율적으로 구동하여 실내조명이나 히터와 같은 차량 서브시스템에서 전원을 연결하거나 차단한다. 이 칩은 기존의 절탄기(economizer)를 대체하도록 설계됐으며 효율성을 유지하기 위한 높은 수준의 제어 기능을 제공한다. 프로그램 가능한 피크 앤 홀드(peak and hold) 전류 컨트롤러는 접촉기가 전력 낭비 없이 빠르고 안전하게 켜고 끌 수 있도록 보장한다. 
접촉기의 효율성과 신뢰성을 개선하면 주행 가능 거리를 연장하고, EV의 안전성을 향상시키는 데 도움이 된다. 
 

DRV3901-Q1은 효율적으로 파이로퓨즈를 제어하여 퓨즈를 녹이는 것보다 빠른 블로우 시간(blow times)을 보장할 수 있다. 또한, 백업 전원 커패시터를 지속적으로 모니터링하여 전력 손실이 발생한 후에도 파이로퓨즈가 계속 블로우될 수 있도록 한다. 
하이브리드(HEV) 및 전기차(EV) BMS 엔지니어는 DRV3901-Q1 파이로퓨즈 통합 스퀴브 드라이브를 통해 설계 복잡성을 최소화하면서 기존 용융 퓨즈 시스템을 대체하여 파이로퓨즈를 활용할 수 있는 유연성을 확보할 수 있다. 파이로퓨즈 드라이버를 단일 칩 솔루션에 통합하면, 배터리 연결을 끊을 시기를 더 지능적이고 빠르게 결정할 수 있다 
 

AWR2544 레이다 센서 칩, DRV3946-Q1 접촉기 드라이버 및 DRV3901-Q1 파이로퓨즈 드라이버 칩은 모두 평가 모듈과 함께 현재 양산 전(preproduction) 수량으로 제공된다. 

시스템 설계 간소화

3가지 제품은 차량 시스템에 새로운 기능을 직접 추가하지는 않지만, 단일 칩 솔루션의 이점을 통해 시스템 설계자는 맞춤형 설계를 검증하는데 집중하지 않고 최신 차량용 프로세서를 사용하여 새로운 애플리케이션을 개발하는 데 더 집중할 수 있다. 결과적으로 이 칩들은 새로운 차량 아키텍처에 사용되어 차세대 EV의 운전자 안전, 차량 반응 및 자율성 수준을 향상시킬 수 있다.

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AEM_Automotive Electronics Magazine