자동차 세계에서 센서는 탑승자의 안전을 보장하기 위한 미션 크리티컬 애플리케이션에 사용된다. 안전에 핵심적인 애플리케이션에 대한 ISO 26262 요건이 강화됨에 따라 차세대 EPS 시스템에서 센서 리던던시가 특별한 관심을 끌고 있다.

센서는 대기 압력, 타이어 압력 또는 다양한 자기장과 같은 물리적 값을 전자신호로 변환시켜 이를 추가로 처리할 수 있게 한다. 이를 수행하기 위해 센서는 외부 세계와 직접 접촉해야 하며 종종 보호회로를 가진 보드의 일부가 아닌 독립적인 모듈로 동작하기도 한다. 가혹한 환경 속의 센서는 기존 반도체 소자가 놓인 환경보다 더 열악한 기계적, 환경적, 화학적, 전기적 조건에 심각하게 노출된다. 이러한 환경을 견디기 위해서는 특수한 패키징 기술과 전용 실리콘 공정, 견고한 센싱 소자가 필요하며, 이는 센서 IC 제조를 복잡하고 까다롭게 만든다.

I. 똑똑한 모바일 기기에 대한 소비자 관심 높아질수록 소형센서 요구도 증가

스마트 홈, 스마트 공장, 스마트 카, 사물인터넷 세계와 같은 최신 트렌드 뿐 아니라 라이프스타일, 유틸리티, 게임 및 개인 건강을 위한 모바일 ‘앱’의 폭발적인 성장은 더 얇고 더 작은 폼팩터, 더 민감하고 견고한 센서를 요구하는 광범위한 감지 애플리케이션을 위한 분야를 형성하고 있는데 이는 반도체 IC 센서가 가장 잘 만족시킬 수 있다. 첨단 센서 기술은 더 똑똑한 애플리케이션 개발을 가능하게 한다. 다음에서는 그 중 몇 가지 예를 살펴보기로 한다.

실내 내비게이션 및 보조 위치 추적 시스템 실내 내비게이션 툴은 일례로 사용자가 한 층에서 다른 층으로 이동할 때 사용자의 모바일 기기에 새로운 층의 평면도를 제공할 수 있다. GPS와 무선 연결 모두 여러층으로 된 건물 안에서 실내 내비게이션의 주소를 추적하는 데 한계를 갖는다. 실내 내비게이션은 한 층에서 다른 층으로 사용자가 움직이는 일시적인 이동 상태에 대한 정확한 높이 정보를 필요로 한다. 정확한 높이 변화는 대기 압력 센서의 데이터로부터 계산할 수 있으며, 측정 중의 온도 변화는 보정에 의해 보상할 수 있다.

활동 추적과 스포츠

마찬가지로 스포츠 또는 건강을 목적에서 활동 추적으로부터 수집되는 정보는 온도가 보상되는 정확한 높이 정보를 이용함으로써 더욱 실제적이 된다. 센서 융합을 통해 대기 압력 센서로부터 수집된 정보와 가속도계 및 자이로에서 얻는 동작 정보를 결합해 이를 일련의 알고리즘에 의해 분석함으로써 사용자의 활동 수준과 칼로리 소비량에 대해보다 정확한 모니터링을 제공할 수 있다.

장치의 내부와 외부에서 모두 온도 변화가 발생하지만, 정전식 감지 기술을 이용하면 높은 정확도와 정밀도를 달성할 수 있다. MEMS 반도체 공정과 정전식 감지 기술을 기반으로 하는 초소형 디지털 대기 압력센서는 새로운 차원의 정확도와 정밀도, 낮은 전류 소비 및 소형 폼팩터를 제공해 모바일 및 웨어러블 기기의 실내 내비게이션, 활동 추적, 기상 관측 애플리케이션에 매우 적합하다. 정확한 높이와 위치 정보는 사물 인터넷 세계에서 매끄러운 장치 간 통신을 위한 선결 요건의 하나이기도 하다.

3D 공간의 제스처 인식

제스처 인식은 사람과 기기 간 상호작용 방식을 간소화하고 향상시킨다.
제스처 인식은 사람이 컴퓨팅과 소비자 가전 시스템을 제어하는 방식에 극적인 변화를 가져다주고, 사용자 경험을 변화시키며, 10년여 전 PC에서 마우스가 했던 것처럼 생산성을 향상시킬 것이다. 또 3D 이미지 센서 칩의 등장으로 손가락 움직임과 손동작을 빠르고 신뢰할 수 있게 추적할 수 있게 됐다.

3D 이미지 센서 칩은 감광성 픽셀 어레이, 정교한 제어 로직, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)와의 디지털 인터페이스 및 디지털 출력을 포함해 높은 수준의 통합을 필요로 한다. 이러한 높은 수준의 통합은 컴퓨터와 소비가전 기기에서 제스처 인식 애플리케이션을 위한 매우 작고 정확한 단일 시스템을 설계할 수 있게 한다. 칩은 카메라 모듈에서 카메라 렌즈와 적외선(IR) 광원과 통합할 수 있도록 베어 다이로 제공된다.

II. 견고성과 리던던시차 감지 혁신 견인할 핵심 동인

자동차 세계에서 센서는 탑승자의 안전을 보장하기 위한 미션 크리티컬 애플리케이션에 사용된다. 일반적인 전동 파워 스티어링(EPS) 시스템은 스티어링 토크의 신뢰성 높고 정밀한 감지를 위해 2개의 센서 칩을 필요로 한다. 홀 효과 토크 센서와 GMR/ AMR(Giant Magneto Resistance/Anisotropic Magneto Resistance) 각도 검출 센서가 이 2개의 센서 칩이다. 안전에 핵심적인 애플리케이션에 대한 ISO 26262 요건이 강화됨에 따라 차세대 EPS 시스템에서 센서 리던던시가 특별한 관심을 끌고 있다.

통상적인 방법은 센서를 나란히 배치하는 방식으로 서로 다른 자기장을 검출하는 것이다. 이는 하나의 센서로 검출하는 자기장보다 더 강력한 자기장이 존재해야 한다는 것을 의미한다. 따라서 더 큰 패키지와 더 강력하고 더 비싼 자석을 필요로 한다. 또한 2개의 감지소자 간 거리로 인해 자기장 변화가 존재한다.

이 밖에도 더 크고 비싼 자석의 사용은 정확한 자기장 트리밍을 위한 설계 노력이 요구된다.
듀얼 센서 패키지는 2개의 선형 홀 센서 또는 2개의 각도 센서를 통합하고 있다. 두 센서는 모두 별도의 전원과 별도의 신호 출력을 갖는다. 이들 센서는 갈바닉 절연으로 전기적으로 독립돼 있다. 두 소자는 각기 독립적으로 동작하기 때문에 시스템 신뢰성을 증가시킨다. 이러한 더 작고 더 저렴한 자석은 자기장 트리밍 노력을 없애줘 시스템 비용을 절약할 수 있다. 이러한 장점은 EPS는 물론 스스로틀 제어, 페달 위치뿐 아니라 EPS 모터, 트랜스미션, 클러치 액추에이터와 같은 브러시리스 DC 모터 제어에도 그대로 활용된다.

III. 에너지 효율 : 글로벌 산업화의 환경 영향 저감 핵

혁신적인 커넥티드 센서 시스템은 현대 빌딩 관리 시스템에서 대기 상태 검출을 위해 필수적으로 요구된다. 연구 개발의 초점 중 하나는 반도체와 이기종 3D 통합에 기반을 둔 새로운 저전력 커넥티드 센서 시스템을 이용해 CO2, CO 또는 습도와 같은 환경 파라미터를 검출하는 데 있다. 첫 번째 타깃 애플리케이션은 에너지 사용을 감소시키는 데 도움을 주는 지표를 유추할 수 있도록 환경 상태에 대한 고도로 신뢰할 수 있는 정보를 요구하는 애플리케이션이 될 수 있다.

일례로 홀 스위치와 자기 각도 센서는 브러시리스 드라이브(BLDC)에서 전류 정류를 위한 이상적인 솔루션이다. 많은 애플리케이션은 통상적인 블록 정류를 필요로 하며, 여기에는 홀 스위치가 가장 적합하다. 회전자 각도를 직접 측정하면 효율 레벨을 높일 수 있다. 이렇게 하면 에너지를 절감하고 진동을 없앨 수 있어 잡음 레벨을 감소시키고 매끄러운 통합을 보장할 수 있다.

또 다른 예는 타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)이다. TPMS는 타이어 압력에 발생하는 모든 손실을 운전자에게 알려줌으로써 자동차 안전 수준을 증가시킬 뿐 아니라 에너지 효율을 향상시키는데 도움을 줄 수 있다.
타이어의 공기압이 충분하지 않으면 더 많은 연료를 소비하고 더 빨리 마모된다.

인피니언은 센서 애플리케이션을 위한 강력한 파트너이자 광범위한 공급 라인을 갖춘 공급업체로서 센서 설계 및 제조에 있어서 40년 넘는 경험과 전문성을 축적하고 있으며 업계에서 가장 포괄적인 자기 센서 포트폴리오를 구축하고 있다. 인피니언은 지난 10년 동안 25억 개 이상의 통합적인 자기 및 압력 센서 제품을 출하했다. 인피니언은 휠속도 센서 부문의 1위 회사이며 측면 에어백과 타이어 압력 감지 시스템에 이용되는 압력 센서 부문에서도 1위이다.

최근의 자동차에는 평균적으로 20여 개의 자기 및 저압 센서가 사용되고 있는데, 이 중에서 4개는 인피니언의 제품이다. 인피니언은 EPS 부문에서도 1위인데 약 1/3의 시장 점유율을 차지하고 있다. 센서 분야를 선도하는 인피니언은 자동차시장으로 매일 100만 개 이상의 센서 제품을 공급하고 있다.