이 글에서 설명하고 있는 애플리케이션 회로는 리모트 안테나 전원장치 예를 제시하고 있으며 무선 헤드유닛(radio head unit)에서 리모트 안테나로 단방향 통신을 가능하게 한다. 이 시스템 아키텍처는 DiSEqC 톤 버스트 주파수를 유연하게 선택할 수 있으므로 사용자가 자신의 애플리케이션에 적합한 주파수를 선택할 수 있다.

글│안드레아 롱고바르디 (Andrea Longobardi) <Andrea.Longobardi@maximintegrated.com>
제품 정의 담당 및 기업 애플리케이션 엔지니어
Maxim Integrated

유럽의 위성통신사 유텔셋(Eutelsat)이 개발한 통신 프로토콜 DiSEqC(Digital Satellite Equipment Control) 표준은 마스터로 위성 리시버(디코더)와 슬레이브로 디시 스위처(dish switcher), 저잡음 블록(LNB), 디시 포지셔너(dish positioner) 등과 같은 위성 주변장치 사이에 이용된다. DiSEqC 통신 시스템은 기존의 동축 케이블만을 이용하므로 비용을 절감하고 신뢰성을 향상시키기에 적합하다. DiSEqC은 비독점 명령을 이용한 공개 표준이다.
팬텀 안테나 케이블로 단방향 DiSEqC 통신이 이루어지기 위해서는 무선 헤드유닛에서 22 kHz 톤 버스트를 송신하고 리모트 안테나가 이를 수신해야 한다. 이 톤 버스트의 전압 진폭은 DiSEqC 표준에서 650 mV로 지정하고 있다. 유의할 점은 이 팬텀 안테나 동축 케이블은 LNA로 전원을 공급하고 수신된 무선 신호를 전송하는 데도 이용된다는 것이다. 이러한 이유에서 DiSEqC 리시버는 케이블 상의 무선 신호를 제거할 수 있어야 한다.

애플리케이션 회로

이 DiSEqC 애플리케이션 회로(그림 1)는 듀얼 고전압 전류 검출 LDO/스위치를 LDO 모드로 이용하고 있으며 레귤레이트된 출력 전압을 역동적으로 변화시켜서 DiSEqC 펄스를 발생시킨다. 파란선 블록은 무선 헤드 유닛으로서 DiSEqC 톤 버스트 트랜스미터로도 이용되는 리모트 안테나 전원장치와 튜너를 포함한다. 빨강선 블록은 물리적 안테나, LNA, DiSEqC 리시버(MAX913 같은 저전력 비교기[1])로 이루어진 리모트 안테나다.
동축 케이블이 무선 헤드유닛과 리모트 안테나 사이에 통신을 가능하게 하며(무선 신호 및 DiSEqC 톤 버스트) 또한 이 동축 케이블을 이용해서 원격 LNA로 전원을 공급하므로 비용을 절약하고 케이블 무게를 낮출 수 있도록 해준다.
이 차량용 LDO/스위치는 LDO 모드로 구성됐으며 외부 NMOS가 턴오프 되었을 때(DiSEqC 톤 버스트 오프) 5 V 전압 출력을 제공한다. 이 출력 전압은 디바이스 데이터 시트[2]와 관련 애플리케이션 노트[3]에서 설명한 것과 같이 R1 및 R2 저항을 선택해서 설정할 수 있다. 이와 다른 리모트 안테나 피드 전압(VOUT)을 필요로 할 때는 다음 공식을 이용해서 R1 및 R2를 선택할 수 있다:



여기서 VFB는 레귤레이션 시의 피드백 핀 전압이며(1 V nominal), R2는 1 kΩ 이하여야 한다.
외부 NMOS가 턴온하면 R3 저항이 R2와 병렬로 연결된다. 그러면 LDO 레귤레이터 출력 전압이 5.65 V가 된다. 이 회로 구성을 이용해서 마이크로컨트롤러를 통해 외부 NMOS를 턴온 및 턴오프함으로써 DiSEqC 22 kHz 톤 버스트를 편리하게 발생시킬 수 있다. 다른 리모트 안테나 피드 전압이 필요할 때는 다음 공식을 이용해서 R3 저항을 선택할 수 있다:

RLIM과 RSENSE는 출력 전류 제한을 200 mA로 설정하고 ADC 풀 스케일 범위를 4 V로 설정한다.[4] (편의상 이 회로도에서는 LDO/스위치의 한 채널만 표시하고 있으나 이차 채널에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.)
출력 인덕터(LOUT)는 무선 신호를 필터링하고 LDO 레귤레이터와 충돌하지 않도록 하기 위해서 필요하다. AM 대역은 148 kHz의 저주파이므로 1 mH 출력 인덕터로 충분하다. 튜너가 바이패스 커패시터(CRX)를 이용해서 동축 케이블로부터 무선 신호를 추출한다. LNA로 전원을 공급하기 위한 리모트 안테나 전원은 인덕터 LSUP와 커패시터 CSUP를 이용해서 구축된 저역통과 필터로부터 제공된다. 대체적으로 이 전원 필터는 RLC 저역통과 필터이다(그림 2). -3 dB 통과 대역이 DiSEqC 통신에 이용되는 주파수보다 낮아야 한다.



저전력 비교기가 DiSEqC 리시버로 동작하며 LNA와 동일한 전압 전원으로부터 전원이 공급된다. 음의 비교기 입력(IN-)은 비교기 자체에서 공급되는 REF 전압으로 연결되고, 양의 비교기 입력(IN+)은 DiSEqC 톤 버스트가 없을 때 OUT에서 제로 전압 출력이 되도록 하기 위해서 저항 분할기(R4와 R5)를 이용해서 분극시킨다.
DiSEqC 톤 버스트를 검출하기 위해서는 동축 케이블과 음의 비교기 입력 사이에 22 nF 커패시터(CDiSEqC)를 연결한다. 동축 케이블로 톤 버스트가 전송되면 IN+ 전압이 IN- 전압보다 높아짐으로써 비교기 출력에서 펄스를 발생시킨다. IN+ 핀에서 과전압을 방지하기 위해서 IN+와 비교기 전원 입력(V+) 사이에 보호 쇼트키 다이오드 DDiSEqC를 연결한다.
케이블을 통해서 이동하는 무선 신호 때문에 잘못된 출력 펄스 트리거링이 발생하는 것을 방지하기 위해서 비교기 입력 사이에(IN+에서 IN-로) 1 nF 바이패스 커패시터(CBP)를 연결한다. 리모트 안테나로부터 수신되어 LNA에서 증폭된 무선 신호는 커패시터(CTX)를 이용해서 케이블로 주입된다.

벤치 테스트

외부 NMOS 게이트로 파형 발생기를 연결하고 8개의 5 V 진폭 22 kHz 톤 버스트를 발생시켜서 벤치 테스트를 실시했다. 또 다른 파형 발생기를 이용해서 사인파 500 mV 진폭 RF 신호를 발생시키고 CTX 커패시터로 주입함으로써 LNA 출력 무선 신호를 에뮬레이트하도록 하였다. 오실로스코프를 이용해서 비교기 출력을 모니터링함으로써 송신된 톤 버스트가 수신되는지 확인하고 주입된 무선 신호가 DiSEqC 통신에 영향을 미치는지 확인했다.
그림 3a와 그림 3b는 테스트 결과를 보여주고 있다. 그림 3a는 저주파 AM 대역 주파수와 일치하는 148 kHz(500 mV 진폭) 무선 신호를 주입했을 때의 결과를 보여준다. 그림 3b는 저주파 AM 주파수 대역(148 kHz)의 이차 저조파로서 37 kHz(500 mV 진폭) 무선 신호를 주입했을 때의 결과를 보여준다.



지금까지 설명한 DiSEqC 애플리케이션 회로는 DiSEqC 통신 표준을 충족하는 팬텀 안테나 전원장치를 설계할 때 이용할 수 있다. 벤치 테스트 결과에서는 100 Hz에서 30 kHz 사이의 DiSEqC 톤 버스트 주파수를 선택해서 DiSEqC 통신이 양호하게 작동한다는 것을 확인할 수 있다. 그러므로 DiSEqC 통신에 적합한 주파수를 선택할 수 있는 유연성을 제공하므로 동축 케이블 상의 다른 RF 신호와의 간섭을 최소화할 수 있다. 또한 사용자는 톤 버스트 듀티 사이클을 조절하고 비교기로 히스터리시스를 추가함으로써 최적의 DiSEqC 통신 성능을 달성할 수 있다. 이 애플리케이션 회로는 단방향 DiSEqC 통신이 가능하다. 리모트 안테나로부터 receive-acknowledge 신호가 필요할 때는 LDO/스위치의 부하 전류를 변조해서 이를 발생시킬 수 있다. 이를 달성하는 간단한 방법은 DiSEqC 메시지가 수신되었을 때 리모트 안테나의 LNA 전원과 병렬로 추가적인 부하를 연결하는 것이다. 무선 헤드 유닛의 마이크로컨트롤러가 MAX16948의 전류 검출 출력(SENSE)의 부하 전류 변동을 샘플링해서 acknowledgment를 수신할 수 있다. 리모트 안테나의 LNA 전원으로 연결된 풀업 저항과 직렬로 NMOS 스위치를 이용해서 추가적인 스위치드 부하를 편리하게 구축할 수 있다.

AEM_Automotive Electronics Magazine