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스마트시티/빌딩

[칼럼] 자동차 전장 기기에 필수적인 ESD 방지 기능

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나는 하루 일과를 공식적으로 시작하기 전에, 이메일을 훑어보면서 견적, 샘플, 프로젝트 또는 다른 요청 사항들을 먼저 파악한다. 나에게는 “HELP”나 “ESD”라는 단어가 포함된 요청들이 언제나 다른 것보다 눈에 띈다. 이런 특정한 요청은 대체로 제조업체들의 설계 시도 단계에서 오지만 ESD 방지 솔루션 제공 업체에게는 대수롭지 않은 케이스이므로 웃을 수 밖에 없다.

정전기 방전(ESD)는 사람처럼 전기적으로 단락 된 물체가 접지된 금속 물체와 접촉하면서 마찰로 인해 전기적으로 충전되어 갑자기 방전될 때 발생한다. 정전기 잠재력은 30kV까지 도달하기도 하는데 결과적으로 방전은 보통은 100ns 정도로 매우 짧지만 피크 전류는 100A까지 올라갈 수 있다.

사람들은 집에서 걸어 다니거나 문 손잡이를 만지거나 계속해서 충격을 받으면서 정전기를 발생시키는 형태의 ESD를 경험한다. 이로 인해 아주 짧은 순간 상처를 주기도 하지만 공기를 통해 에너지를 끊는 약간의 푸른 불꽃은 과학적으로 보자면 “꽤 멋지다”. 그러나, 당신이 자동차에서 나와 휘발유를 주유하기 위해 자동차 차체에 기댔을 때 이런 일이 발생했다고 상상해보자.

자동차에서 승하차를 할 때는 네비게이션이나 자동차 내 시스템의 전력을 주는 전기를 돌아오게 하는 부분에 충격을 줄 수 있다. 이러한 충격이 사람을 다치게하지는 않지만, 그것보다 더 작은 펄스도 이러한 시스템에서 민감한 전자 장치를 손상시켜 쓸모 없게 만들 수도 있는데, 이러한 일은 절대 “멋지지 않다”.

fig1. Transmission Ling Pulse(TLP) Test

예를 들어, GPS 또는 글로벌 위치 확인 위성 서브-시스템은 차의 위치를 공유하면서 확실한 지리적 정보를 특정 지도 및 지원 시스템에 접근시켜 준다. 이것은 일반적으로 차량 외부에서 흔히 볼 수 있는 “ shark-fin” 모듈과 GPS 트랜시버 회로 안에 있는 안테나에 의해 이뤄진다. 시스템을 구현해보면 이 트랜시버 회로는 최근의 자동차 업계에서 무엇보다 중요한 역할을 하는 텔레매틱 박스 내부에 위치하고 있음을 보게 된다. 더 많은 커넥티드 자동차들이 시장에 진입하면서, 4G 셀룰러 서비스, WiFi, GPS 및 V2x (차량 대 차량 및 인프라 통신)과 같은 기능들이 모두 탤레매틱 박스에 구현된다.

GPS 트랜시버 회로의 공통적인 구성 요소는 집적 회로 (IC) 칩과 발룬과 같은 관련 RF 프론트 엔드 개별 부품 및 표면 실장 캐패시터 및 레지스터이다. 트랜시버 IC는 더욱 강력해지고, 더 많은 기능을 통합하며, 더 낮은 실리콘 공정 구조를 활용해서 물리적인 크기를 줄인다.

마지막 핵심 포인트는 ESD에 대항하여 버틸 수 있는 수준이다. 업계 동향이 점점 더 제조 공정을 줄이는 쪽으로 변화함에 따라 칩셋이 ESD에 더욱 민감해지고 있다. 이에 따라 ESD에 대항하여 버틸 수 있는 수준이 전체적으로 낮아지는 추세이다.

앞서 언급한 이메일의 ESD 실패로 돌아가보자. 곧 출시 될 텔레매틱스 기기가 새로운 GPS 트랜시버 IC로 변경했는데 ISO 10605 자동차 시스템 ESD 사양의 8kV 레벨을 통과하지 못했다. 이 제품이 통과할 수 있었던 가장 높은 수준은 4kV에 불과했는데 이는 곧 OEM 자동차 제조업체로서는 잠재적 작동 실패에 대한 책임을 요구하게 된다.

이러한 진단은 회로와 PCB 레이아웃 검토에서 시작되고 이 단계에서 문제가 없었다면 그 다음 단계는 실제적인 모듈 평가이다. 온세미컨덕터는 트랜스미션 라인 펄스 (TLP)라는 테스트 방식을 선호하는데 이는 ESD 펄스의 상승 시간, 펄스 길이 및 총 에너지를 복제하는 방식이다. 임피던스 불일치가 커지는 ESD 총을 이용해 방전시키는 방식 대신 TLP는 깨끗한 50ohm 환경에서 방전하면서 테스트 중인 소자의 클램핑 전압을 보여준다.

트랜스미션 라인 펄스 (TLP) 테스트
특정 모듈에 대한 TLP 테스트를 수행하면, 새로운 GPS 트랜시버의 내부 ESD 클램핑 구조가 매우 낮은 턴온 및 후속 클램핑 전압을 갖는 것이 명확해진다. 대부분의 소자가 7에서 10V의 항복 전압을 갖는 일반적인 제너 다이오드 구조를 사용하므로 외부의 저 기생 용량 ESD 방지 소자로 보호하기가 더욱 어려워진다.

이 소자는 이 전압에서 작동을 시작해 펄스를 통해 이 레벨에서 트랜션트를 고정함으로써 과도한 전류의 대부분이 GPS 내부 ESD 구조로 흐르게 해 8kV 펄스의 높은 에너지를 견딜 수 없게 한다. 외부 ESD 방지 소자를 갖춘 몇 개의 새로운 보드를 테스트한 결과 모든 보드가 (더) 높은 전압 제너 타입 구조였으므로 ESD는 더 이상 버틸 수 있는 수준을 넘어서지 못했음을 알 수 있었다.

fig2. SZESD9101 Protection

빠른 턴-온 통합 SCR ESD 클램핑 구조의 온세미컨덕터 ESD9000 시리즈를 사용한 최신 SZESD9101P2T5G ESD 방지 소자를 입력해보았다. 그 결과 예전의 제너 구조와는 다르게 SCR 구조는 같은 7V 레벨에서 켜지지만 3나노 초 이내에 2에서 3V의 매우 낮은 클램핑 전압으로 신속하게 복귀함을 알 수 있었다.

이로 인해 ESD 펄스의 과도 전류는 흩어져서 GPS 트랜시버 IC를 지속적으로 손상시키는 대신 적절하게 분로된다. 새로운 모듈상의 소자를 빠르게 납땜한 후 ESD 테스트를 해보면 SZESD9101은 필수 8kV 에서 버틸 수 있는 수준을 넘어서서 GPS를 성공적으로 보호하는 것과 같은 우수한 결과를 산출한다.

이 ESD 방지 소자를 이용한 TLP 결과와 8kV 통과 결과가 상위 관리자에게 전달되면, 잠재적인 현장 실패를 막을 수 있도록 스위치를 전환하는 게 가능해 진다. 이는 업계를 선도하는 ESD 방지 기술이지만 그래도 ESD 전문가들은 문제를 해결하고 이러한 이슈를 해결하기 위해 여전히 심도 깊은 분석을 제공해야 한다.

나는 이러한 방법으로 업계 전문가들이 차별화된 기술을 사용해 어려운 문제를 해결하고 궁극적으로는 도로에서의 차량 안전을 지켜줄 수 있다고 믿는다. 그래서 많은 이메일을 읽는 것으로부터 하루를 시작하면서 어딘가에는 자동차 회로에서 심각한 ESD 실패를 경험하고 있는 누군가가 있음을 기억하며 이 문제를 해결해주어야 함을 다짐한다. 한 번에 한 개의 모듈씩!

글_ 제레미 코레알(Jeremy Correale), 온세미컨덕터

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인피니언, 산업용 저전력 모터 드라이브용 고성능 IPM CIPOS™ Maxi 출시

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인피니언, 모터 드라이브용 IPM CIPOS™ Maxi

인피니언 테크놀로지스(코리아 대표이사 이승수)는 자사의 지능형 전력 모듈(IPM) 제품군에 새로운 제품을 추가했다. CIPOS™ Maxi IM818 시리즈는 다양한 전력 및 제어 소자들을 통합하여 신뢰성을 높이고 PCB 크기와 시스템 비용을 최적화한다. CIPOS™ Maxi는 1200V IPM으로는 업계 최소형인 DIP 36x23D 패키지로 제공되며 동급 최고의 전력 밀도와 성능을 제공한다.

회사측은 CIPOS Maxi가 HVAC(난방, 환기, 냉방) 시스템의 모터, 펌프, 팬, 능동 PFC 애플리케이션의 저전력 드라이브에 사용하기에 적합하다고 밝혔다. 이 제품은 최대 1.8kW 전력 정격으로 5A 및 10A 제품들로 구성되었다.

인피니언, 모터 드라이브용 IPM CIPOS™ Maxi

인피니언, 모터 드라이브용 IPM CIPOS™ Maxi

IM818 시리즈는 절연형 듀얼-인-라인 몰드 하우징을 채택함으로써 열 성능과 전기 절연이 우수하다. 까다로운 디자인의 EMI 요건과 과부하 보호 요구를 충족한다. 보호 기능에 더해서 별도의 UL 인증 온도 서미스터를 내장하였다. 또한 CIPOS Maxi는 견고한 6채널 SOI(Silicon-On-Insulator) 게이트 드라이버를 포함하여 데드 타임 기능을 사용해서 트랜션트로 인한 손상을 방지한다.

또한 모든 채널에서 저전압 록아웃 기능과 과전류 셧다운 기능을 제공한다. 또한 다기능 핀을 사용해서 다양한 용도에 따라서 설계 유연성을 높인다. 하측 이미터 핀을 액세스하여 모든 위상 전류 모니터링을 할 수 있으므로 디바이스를 손쉽게 제어할 수 있다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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ST마이크로일렉트로닉스 테세오-LIV3F 모듈, 테세오 III 위성 항법 수신기 활용 지원

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ST logo

ST마이크로일렉트로닉스, 검증된 테세오 III 칩 활용하는 사용이 편리한 GNSS 모듈 출시

ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, 이하 ST)가 보다 폭넓은 설계자 커뮤니티에 테세오 III(Teseo III) 위성 항법 수신기를 활용할 수 있도록 테세오-LIV3F(Teseo-LIV3F) 모듈을 출시했다. 이 모듈은 애플리케이션 개발을 가속화하는 필수 기능을 탑재하고, 최대 16M 비트의 플래시 메모리를 추가해 백업 배터리 없이도 펌웨어 업데이트나 데이터 로깅이 가능하다.

자동차 및 산업 분야 전문가들로부터 높은 평가를 받고 있는 ST의 테세오 III 다중 위성(Multi-Constellation) 수신기는 높은 정확도와 빠른 응답시간, 낮은 전력소모 특성을 모두 갖추고 있다. 테세오-LIV3F 모듈을 이용하면 내부적으로 방대한 RF 전문성을 갖추지 못한 제조업체 및 소규모 엔지니어링 팀들도 테세오 III의 장점을 활용해 산업 및 컨슈머 시장 부문에서 새로운 제품을 개발할 수 있다. 즉, 차량 추적기, 드론, 도난방지 장치, 애완동물 위치 탐지기를 비롯해 차량관리, 요금징수, 차량공유, 대중교통 등의 서비스용 시스템을 개발할 수 있다.

테세오-LIV3F는 애플리케이션 개발을 간소화하면서도 163dBm의 트래킹 감도와 1.5m의 포지셔닝 정확도(CEP), 저전력 동작(대기모드 시 17µW, 트래킹 시 75mW) 등의 고성능을 제공한다. 또한, FCC 및 CE 인증으로 제품 테스트를 간소화하고 시장 출시 시간을 단축한다.

사용이 편리한 18핀, 9.7 x 10.1mm의 이 모듈은 테세오 III 수신기와 더불어 온칩 전력관리, UART 및 I2C 인터페이스와 함께 플래시 메모리, 매우 안정적인 TCXO(Temperature-Controlled Crystal Oscillator), 32kHz RTC(Real-Time Clock)를 갖추고 있다. 모듈과 함께 제공되는 문서 및 툴에는 STM32 마이크로컨트롤러로 모듈을 구동하는 데 필요한 모든 C 코드가 포함되어 있으며, 데이터 로깅, 주행기록계, 지오펜싱(Geo-Fencing)을 사용해 부가 기능을 개발하도록 지원한다.

다중-위성 기술의 유연성을 통해 GPS, GLONASS, 갈릴레오(Galileo), 베이더우(Bei Dou) 위성 항법뿐만 아니라 태평양 지역의 QZSS(Quasi-Zenith Satellite System)까지 액세스할 수 있기 때문에 전 세계적인 고장 방지(failure-Resistant) 기능을 갖춘 견고한 내비게이션을 구현할 수 있다. 이 모듈은 고속 TTFF(Time To First Fix)에 위성을 사용할 수 없는 경우, 위성궤도 데이터를 가져와 무료로 서버에 액세스할 수 있는 자율 STAGPS®(ST Assisted GPS®) 및 서버 기반 보조-GNSS를 비롯한 지원 모드를 제공한다. 미국, 유럽, 일본, 동남아시아, 인도의 SBAS(Satellite-Based Augmentation Systems) 및 RTCM(Radio Technical Commission for Maritime Services) 차동 GPS를 비롯해 정확도를 향상시키는 표준화된 보강 시스템도 지원한다.

테세오-LIV3F는 현재 18핀 LLC 디바이스로 구매 가능하다.

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자이트로닉, 대구시 스마트시티 키오스크에 터치 센서 공급

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자이트로닉(Zytronic)의 고성능 투영 정전 용량 방식 터치 센서를 기반으로 하는 새로운 “스마트 시티” 키오스크

SK텔레콤과 큐보스, 한국의 스마트 시티 키오스크에 Zytronic 터치 센서 지정

한국 최대 통신사인 SK텔레콤과 디지털 사이니지 전문기업 큐보스(QVOSS)가 자이트로닉(Zytronic)의 고성능 투영 정전 용량 방식 터치 센서를 기반으로 하는 새로운 ‘스마트 시티’ 키오스크 네트워크를 설치했다. 한국에서 4번째로 큰 도시인 대구시에 구축된 키오스크는 도시 재난 관리 기반 시설의 일부이다. 화재, 홍수 또는 지진과 같은 주요 긴급 상황이 발생했을 때 공공의 정보를 제공하며, 그 외 시간에는 대구시 뉴스 및 위치 안내를 제공한다.

자이트로닉(Zytronic)의 고성능 투영 정전 용량 방식 터치 센서를 기반으로 하는 새로운 “스마트 시티” 키오스크

자이트로닉(Zytronic)의 고성능 투영 정전 용량 방식 터치 센서를 기반으로 하는 새로운 “스마트 시티” 키오스크

한국에서는 자이트로닉의 파트너인 DTH가 대구 시내 야외 장소에 설치되는 10개의 키오스크를 위해 최신 ZXY500 컨트롤러로 작동되는 맞춤형 55인치 Zybrid® 멀티 터치 센서를 큐보스에 공급했다. 이 프로젝트는 새로 출시된 자이트로닉 ZXY500 컨트롤러의 첫 번째 상업용 출시 중 하나로서 폭을 극도로 좁힌 베젤 디자인과 강력한 80-포인트 멀티 터치 성능을 가능하게 해준다.

큐보스의 전조희 부장은 “폭을 극도로 좁힌 베젤 때문에 우리가 전체 화면 면적을 최대한 활용할 수 있어서 자이트로닉의 가장 최신 컨트롤러를 채택하고 싶었다. 자이트록닉의 매우 신뢰할만한 터치 기술과 DTH의 뛰어난 현지 지원 및 노하우의 결합은 아주 강력할 뿐만 아니라 성공적인 프로젝트 수행에 핵심”이라고 언급했다. 그는 또 “대구시가 분지에 위치해 있기 있기 때문에 여름에는 무덥고, 장마철에는 축축하고, 겨울에는 춥다. 자이트로닉의 터치 기술은 이러한 광범위한 조건 모두에서 신뢰할 만하다.”고 말했다.

대구시청의 담당관은 “새로운 컨트롤러를 사용한 이 초대형 자이트로닉 터치 스크린은 소형 스마트폰과 동일한 사용자 경험을 제공한다고 생각한다. 또한 무인 관리 장소 및 어떠한 환경 조건 하에서도 터치 센서가 신뢰할 만 하게 작동하는 능력은 대단히 인상적이다.”라고 말했다.

자이트로닉의 이안 크로스비 영업 및 마케팅 이사는 “대구의 스마트 시티 키오스크는 광역도시 기반시설의 필수적인 부분이며 시민들과 방문객들에게 정보를 제공하고 일상 생활에 대한 지원을 한다. 거기에다 공공 안전 공지를 신속하게 전달하는 것이 긴요한 긴급 상황에서 중요한 역할을 한다. 자이트로닉 터치 기술은 20년 이상 가장 까다로운 무인 관리 및 셀프 서비스 애플리케이션 그리고 다양한 환경 조건 하에서도 안정적으로 작동한다는 것을 증명했기 때문에 대구시의 키오스크에 이상적인 솔루션이다.”라고 말했다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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