인포테인먼트 부분에서 성공적인 비즈니스를 전개해온 맥심 인터그레이티드(Maxim Integrated)가 초정밀 가속도 및 자이로센서 기술 역량을 바탕으로 차체 자세제어 등 안전 애플리케이션과 정밀 내비게이션, 그리고 SerDes 기술을 통해 비전 기반 운전자 지원 시스템 및 풀HD 부분에서도 진가를 발휘하고 있다.


맥심 인터그레이티드를 찾은 날, 레고 마인드스톰(LEGOⓡ MINDSTORMSⓡ NXT) 삼총사가 안정된 동작을 뽐내며 반갑게 맞아준다. 테이블에는 몇 개의 카메라와 디스플레이, 긴 STP 케이블이 눈에 띈다. 맥심이 포커스하고 있는 주요 차량용 프로모션 제품데모가 이것들을 통해 시연됐다.

고집적 아날로그 및 혼합신호 반도체 전문기업인 맥심의 저력은 자동차 기술시장에서도 유감없이 발휘되고 있다. 맥심이 처음 진출한 자동차 부문은 비교적 안전에 민감하지 않은 인포테인먼트 분야다.

이제 그 영역을 안전 부문의 센서와 인포테인먼트 인프라를 활용할 수 있는 비전기반 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)에 맞추고 있다.
최영균 오토모티브팀 이사는 “우리나라 자동차 산업에서도 맥심은 2007년 이후 카 메이커, 대형 티어1을 통해 오토모티브 사업을 크게 확장할 수 있었다”며 “예를 들어 이들 회사의 완제품을 뜯어보면 맥심의 파워, SerDes, DAB 튜너를 비롯해 리셋 IC, 전류 센싱, USB 충전 에뮬레이터 등의 제품이 탑재돼 있다”고 소개했다.

레고 센서 로봇 삼총사

처음 시연한 데모는 두 바퀴로 직립하고 거동하는 세그웨이(segway) 로봇이다. 미디어를 통해 맥심이 바르셀로나 모바일 월드 콩그레스(Mobile World Congress, MWC) 등에서 몇 차례 데모한 장면을 봤지만 실제 눈앞에서 만나니 감회가 새로웠다. 이 센서 로봇은 새롭게 출시한 3축 초정밀(ultra-accurate) 자이로 센서 MAX21001을 등에 부착했다. 전원을 넣자 로봇 스스로가 기울어짐을 측정해 오뚝이처럼 균형을 유지했다. 센서가 감지한 데이터를 토대로 모터가 조금씩 휠을 앞뒤로 움직여 균형을 잡았다. 모터가 내는 소리는 마치 개구리 울음소리 같았다.

최 이사는 “마이컴이 들어있는 로봇을 구입해 직접 소프트웨어를 업데이트하고 3축 센서 보드를 꾸며 만든 것”이라며 “피치(pitch), 요(yaw), 롤(roll)을 감지하는 3축 자이로 센서가 SPI를 통해 로봇의 MCU에 신호를 주어 구동하는 것”이라고 설명했다.

센서 로봇 삼총사 중 두 개는 맥심 센서를 장착한 것이고, 다른 하나는 경쟁사 제품을 장착한 것이었다. 맥심 형제가 초당 1~2회씩 앞뒤로 움직이며 안정적으로 동작하는 동안 다른 하나는 경련에 가깝게 균형을 유지하려 애쓰다 채 1분도 안돼 쓰러졌다.
최 이사는 “자세를 유지하는 비결은 센서의 정확도와 신호 전송 속도에 있다”며 “빠르고 정밀하게 위치를 감지하고 어느 쪽으로 힘을 받고 있는지를 계산해 그만큼 빠르게 보상해주는 것이 관건”이라고 설명했다.

사실, 최상의 센서를 가지고 로봇을 꾸미면 맥심의 데모 로봇처럼 안정적으로 만드는 것은 어려운 일이 아니다. 그러나 자동차 시장이 요구하는 성능과 비용 등 모든 면을 만족하는, 시장에서 통용되는 제품을 가지고 설계한다면 얘기는 다르다.

가속도, 자이로 센서로 구성되는 관성 센서는 자동차에서 일반적으로 충돌 센서로 사용되지만 그 종류나 쓰임새가 매우 다양하다. 이 중 맥심의 타깃은 low-g(저중력) 센서로 2g에서 16g까지이며, MAX21001 제품군은 안전 애플리케이션과 내비게이션 두 영역에 각각 포커스하고 있다. 이 IC가 목표하는 안전 애플리케이션은 차체 자세제어 시스템(ESC), 힐 스타트 어시스트, 롤오버 방지, 파킹 브레이크, 서스펜션 컨트롤, 지능형 헤드라이트 등이다. 예를 들어 롤오버 ECU는 경우에 따라 저중력 센서, 롤을 감지하는 자이로 센서, 충돌을 인식하는 mid-g 센서 3개를 쓰기도 하는데, 향후 맥심의 통합 센서 하나면 충분하다.

초정밀과 기능안전성

내비게이션 분야에서도 자동차가 어느방향으로 가는지 그 정확성을 높이기 위해 이 센서를 통해 모니터링하고 있다. 실제로 내비게이션을 어떻게 구성하느냐에 따라, 즉 GPS 신호를 받아서 하는 경우엔 내비게이션에 따로 센서를 두지 않지만, 정밀도와 오차범위를 2m 이내로 줄이고 고층 빌딩으로 인한 GPS 신호 반사 문제를 해결하거나 데드 레크닝(dead reckoning, 추측 항법)을 위해서는 3축 또는 6축 센서를 쓰기도 한다.

최 이사는 “최근 들어 도심 주행상황에서 정확도 문제로 6축 센서가 표준으로 거론되고 있다”면서 “국내 비포마켓 내비게이션은 이미 6축 센서를 쓰고 있지만 수입차용 저가 내비게이션은 대부분 3축 가속도 센서만 사용하고 있다”고 말했다.

MAX21001은 전례 없는 고정밀성은 물론 온도 변화나 라이프타임 동안의 감도 변화 측면에서 큰 강점을 지닌 저전력, 저노이즈 3축 자이로 센서다. 센서는 1.71V의 낮은 전압에서 구동해 파워 소모를 최소화한다. IC는 센싱 부분과 측정 각도를 디지털 인터페이스(I2C/SPI)를 통해 외부에 제공하는 IC 인터페이스를 포함하고 ±31.25/±62.50/±125/±250/±500/±1k/±2k dps(degrees per second)의 풀 스케일과 사용자 선택 가능한 대역폭의 측정률을 갖는다. 추가적인 외부 부품이 필요없이 3×3×0.9 mm 크기의 콤팩트한 LGA패키지에 통합되며 -40 ℃ ~ +85℃ 범위에서 동작한다.

최 이사는 “향후 출시될 제품은 MAX21001에 더욱 저전압화하고 고성능화시킨 가속도 센서를 통합한 제품이 될 것”이라며 “내비게이션용 자이로 센서는 GPS 베이스밴드 궁합에 따라 몇몇 회사와 함께 평가 중이거나 양산 중에 있다”고 말했다.
맥심이 이 센서에 포커스 하는 것은 낮은 범위의 관성 값을 센싱하지만 정밀도가 매우 중요한 만큼 상당한 기술력을 요해 그만큼 부가가치가 높기 때문이다.



최 이사의 설명에 따르면, 이 센서의 정밀도, 오프셋 에러 등 전반적인 성능은 다른 경쟁사 대비 확실히 앞선다.
최 이사는 “센서의 정밀도를 높이는 데는 하드웨어, 소프트웨어 부문 모두에서 매우 많은 요소들이 관계되는데, 특히 저중력 센서에서는 하드웨어 측면의 센서 구성이 중요하고 그 다음이 프로세싱과 필터의 구성”이라며 “맥심 센서는 반도체로 만든 유리 결정질 키(mass)가 IC 내부에서 움직이는데, 힘이 한쪽 방향에 미치면 매스가 밀리면서 간극이 벌어지고 커패시턴스가 바뀌는 것을 모니터링한다”고 설명했다.
이 센서의 또 다른 특장점은 온도, 시간 변화에 크게 영향 받지 않는다는 것이다.

특히 ESC 등 안전 애플리케이션에서 이들 요소는 더욱 강조되는데, 예를 들어 일교차가 큰 지역에서 종전의 센서들은 정밀도에 큰 영향을 받아 애플리케이션 성능에도 영향을 미칠 수 있다.

안전 애플리케이션에 사용되는 만큼 맥심의 관성 센서는 ISO 26262 기능안전성 요건에도 부합한다.
최 이사는 “ISO 26262 대응이 조향과 제동 부문에서 강력히 요구되고 있기 때문에 안전과 고장진단 기능으로 ASIL D를 만족하고 있다”면서 “이 부분에서 이런 요구사항을 만족하는 제품은 몇 안되는데, 고객이 맥심의 제안에 따라 세이프티 매뉴얼을 준수한다면 ASIL D를 만족하는 시스템을 설계할 수 있다”고 강조했다.
IC 블록 다이어그램을 보면, 가속도 센싱과 자이로 센싱 블록이 전체의 70%를 차지하고, 임베디드 CPU와 플래시 메모리도 포함돼 있다. 센싱, 프로세싱, 고장진단까지해 원하는 신호를 보내는 것이다.

GMSL로 서라운드뷰

관성 센서와 함께 최근 맥심이 포커스하고 있는 제품은 인포테인먼트를 비롯해 비전 기반 ADAS 및 디스플레이 관련 SerDes 칩셋이다. 이는 특히 우리나라 시장에서 편의, 안전에 대한 요구와 옵션 장착률이 높은 데다 맥심의 아날로그 반도체 역량, 인포테인먼트 시장 인프라를 고려한 결과이다.

첫 번째 데모 세트는 4개의 카메라 영상 신호를 맥심의 GMSL(Gigabit Multimedia Serial Link) SerDes 칩이 받아 이를 엔비디아칩이 처리해 보여주는 서라운드뷰 기능이었다.

이 세트는 서라운드뷰는 물론 소프트웨어에 따라 디스플레이 룸미러나 사이드미러, 보행자 감지 카메라 등 다양한 카메라 기반 ADAS에 적용될 수 있다. 데모 세트에서 엔비디아의 로고가 박힌 것은 양사의 협업의 결과물임을 보여준다.




GMSL SerDes 칩셋 의 핵 심 강점은 케이블 비용과 무게 절감에 있다. 현재 자동차 설계는 STP 케이블을 사용해 자동차 인포테인먼트 디스플레이에 데이터를 전송하지만, 최근 들어 케이블 비용과 무게를 최대 50%까지 줄여주는 동축 케이블로 시선을 돌리고 있다. 맥심의 GMSL SerDes 칩셋을 사용하면 OEM들은 그들의 설계에 STP 케이블을 계속 사용할 수 있을 뿐만 아니라 동일한 칩셋을 사용해 미래의 모델에서 동축 케이블로 매끄럽게 전환할 수 있다. 특히, 이 칩셋은 15 m의 동축 또는 STP 케이블링을 구동함으로써 견고하고 다양한 설계에 필요한 마진을 제공한다.

이를 보여주기 위해 5m짜리 케이블을 준비한 최 이사는 “자동차에서 하나의 라인으로 타깃 투 타깃을 연결하는 경우는 거의 없다”며 “이에 맥심은 3개의 조인트를 사용해 15 m까지 구현하는데 아무런 문제가 없음을 확인했다”고 밝혔다.

풀3D도 거뜬히

시리얼라이저(Serializer)와 디시리얼라이저(Deserializer)에 각각 내장된 확산 스펙트럼 기능은 링크의 EMI 성능을 향상시켜 별도의 외부 확산 스펙트럼 클록이 필요 없다.

각각의 시리얼라이저는 제품군의 모든 디시리얼라이저와 함께 사용할 수 있어 링크의 끝에서 각기 다른 인터페이스를 사용할 수 있다. 이들 칩셋은 고해상도의 중앙 및 뒷좌석 디스플레이를 구동하는 것 외에도 메가픽셀 카메라 시스템에도 이용할 수 있다.

최 이사는 “세트에서는 4개의 카메라가 사용됐지만 향후 자동차는 모든 미러를 없애면서 최대 12개까지 카메라를 탑재할 수도 있다”면서 “현재 개발되고 있는 서라운드뷰 모니터링 시스템의 대부분은 카메라 1개 당 시리얼라이저, 디시리얼라이저가 한개씩 들어가 총 8개의 칩과 디시리얼라이저측에 신호를 받는 프로세서나 FPGA가 들어가지만 이제는 맥심의 칩 하나면 모두 해결된다”고 말했다.

GMSL SerDes 칩셋의 대역폭은 1.5기가바이트(GB)로 1280×768, 1280×800, 30 Hz를 커버해 카메라 애플리케이션 적용에 문제가 없다. 또 센터 디스플레이, 클러스터 등 디스플레이에 풀HD, 720P의 요구 증가에 따라 3.5기가바이트 대역폭에도 대응하고 있다.

1280× 대의 고해상도 인포테인먼트용 데모 헤드유닛은 엔비디아에서 제작해 맥심칩을 눈으로 볼 수는 없었다. 그러나 데모 보드에는 동축 케이블과 함께 파워, 시그널, 컨트롤 신호를 책임지는 맥심의 메인칩인 시리얼라이저, 이보다 좀 더 작은 초소형의 디시리얼라이저 등이 장착돼 있다.

맥심의 SerDes 칩셋이 주목받는 이유 중 하나는 이더넷에 있다. 이더넷 적용이 여러 가지 이슈로 계속 지연되고 있기 때문이다. 최 이사는 “차량 바디 부문에서의 통신에 이더넷을 적용하는 것은 여전히 위험이 크기 때문에 위험이 가장 낮은 부문에서부터 검증이 추진되고 있고 그것이 서라운드뷰였지만, 이 역시도 쉽지 않은 상황이어서 최근 개발 모델들은 대부분 LVDS방식”이라며 “그러나 이더넷은 유럽 OEM의 의지가 있는 만큼 언젠가는 유력한 기술이 될 것”이라고 전망했다.

자동차 산업 고객들이 맥심의 SerDes 칩셋을 선호하는 이유는 사용의 편리성 때문이다. 여기에는 기술지원, 제품 자체의 콘셉트도 포함된다. 최 이사는 “어떤 부분에 맥심이 어필했는지는 딱 꼬집어 말할 수는 없지만, 중요한 것은 풀HD 디스플레이가 되면 맥심과 다른 솔루션 간 차이가 더 극명해질 것”이라고 역설했다.