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스마트시티/빌딩

홈 및 빌딩 제어를 위한 KNX 네트워크 전송 매체(1)

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KNX Sector

전송 미디어로서 버스 케이블

건물 및 빌딩에 대한 제어 및 관리 시스템에 대한 비중이 날로 높아가고 있다. 냉난방은 물론 조명, 환기, 접근 통제 제어 등에 대한 비용과 이들을 최적의 조건으로 통합 제어하는 방안이 새로운 과제로 부각되고 있다. 또한 끊임없이 증가하는 에너지 사용을 최적화하는 방안도 적극 모색중이다. 이에 건물 및 빌딩 제어를 위한 개방형 표준 네트워크인 KNX(KONNEX)가 부각되고 있다.

토폴로지

전송 미디어로서 버스 케이블을 이용하는 경우, KNX 시스템은 라인 및 에리어 내 계층 구조(hierarchical structure)를 제공한다.

(1) 라인 토폴로지
가장 작은 인스톨레이션 유닛은 라인이다. 이것은 최대 4 개의 라인 세그먼트로 이루어져 있으며, 각각 64 장치까지 구비할 수 있다.

라인상에 실제 장치의 수는 선택된 파워 서플라이 및 개별적인 장치의 전력 소모에 따라 달라진다.

다음의 한계값은 라인 내에 케이블 길이를 적용한 것이다.

 

표 1. 라인 토폴로지의 케이블 길이

라인 세그먼트의 길이 최대 1000 m
파워 서플라이와 버스 장치 사이의 거리 최대 350 m
초크를 포함한 2개의 파워 서플라이 사이의 거리 최대 200 m
두 개의 버스 장치 사이의 거리 최대 700 m

라인이 라인 리피터(LR)를 통해 라인 세그먼트로 연장되면, 이 라인 세그먼트는 총 케이블 길이를 1000m까지 다시 표시할 수 있다. 각각의 라인 세그먼트가 적절한 KNX 파워 서플라이에 제공되어야만 한다. 최대 3 라인 리피터가 라인에 병렬로 연결될 수 있다.

(2) 에리어(Area) 토폴로지
1 라인 이상이 이용되면, 최고 15 라인은 라인 커플러(LC)를 통해 메인 라인에 연결될 수 있으며 에리어로 결합될 수도 있다. 최고 64개의 장치는 메인 라인 상에서 가능하다. 메인 라인 상의 최대 장치의 수는 사용된 라인 커플러의 수로 인해 감소된다. 메인 라인은 초크(PS/Ch)를 구비한 자신만의 파워 서플라이에 제공되어야만 한다. 라인 리피터는 백본 라인 또는 메인 라인에서 사용되지 않을 수도 있다.

(3) 복수개의 에리어(Several areas) 토폴로지
복수개의 에리어는 백본 라인을 경유하여 연장될 수 있으므로 각각의 백본 커플러(BC)는 그 에리어를 백본 라인에 접속한다. 마찬가지로 백본 라인에 파워 서플라이를 제공한다.

마찬가지로 장치는 백본 라인상에 있는 것이 가능하지만 그 수는 사용된 다수의 백본 커플로 인해 감소된다.

최대 15 개의 에리어에는, 58000 개의 장치가 함께 작업할 수 있다.

백본 커플러, 라인 커플러 및 라인 리피터는 동일한 장치이다. 실행될 태스크는 토폴로지 내의 배치 위치, 이에 따라 정의된 물리적 어드레스 및 로드된 어플리케이션 프로그램으로부터 시작한다. 백본 커플러와 라인 커플러만이 라인 또는 에리어를 지나 텔레그램(telegram)을 송신한다. 라인 리피터는 모든 텔레그램을 루틴한다.

라인 및 에리어로의 분할은 상당한 이점을 가져온다.

1. 동작의 신뢰성 증가 : 라인과 에리어에 그들 자신의 파워 서플라이가 제공되기 때문에 이에 따른전기적인 절연도 또한 있다. 나머지 시스템은 라인 중 하나라도 기능을 하지 않으면 동작을 계속한다.

2. 라인 또는 에리어의 로컬 데이터 트래픽은 다른 라인과 에리어의 데이터 처리량에 영향을 주지 않는다.

3. 진단 및 유지 보수 목적을 커미셔닝(commissioning)하기 위해 KNX 인스톨레이션의 분명한 개요를 유지하는 것이 가능하다.

ETS 3 스타터가 초기 인스톨레이션에 사용되었다면 시스템은 1 라인 및 64 장치까지로 제한된다. 요구조건이 증가하기 때문에, 더 많은 라인의 계단식 연장 및 삽입이 ETS 3 프로페셔널로 가능하다.

전송 테크놀로지

스위치 명령 및/또는 신호와 같은 정보는 개별적인 버스 장치 사이에서 텔레그램에 의해 교환된다. 임펄스의 전송률, 발생 및 수령에 관한 전송 테크놀로지는, 버스 라인이 매칭 레지스터를 필요로 하지 않으며 어떤 토폴로지도 가능하도록 디자인된다. 정보는 버스 케이블에서 대칭적으로 전달된다. 버스 장치는 두 개의 코어 사이에 교류 전압의 차를 평가한다.

인터퍼런스 방사는 동일한 극성을 가진 두 개의 코어에 모두 영향을 끼치므로 신호 전압 내 실질적인 차이에 영향을 주지 않는다.

버스 억세스

버스 장치 사의의 정보 교환은 이벤트-제어적이다(event-controlled). 개별적인 피스(individual pieces)의 정보는 버스 라인에서 연속적으로 차례차례 전달된다. 따라서 라인의 버스 장치에서 나온 한 피스의 정보만이 동시에 존재한다. 확실성 때문에, 분배된 버스 억세스 절차 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)은 텔레그램 트래픽 및 버스 억세스에 사용된다.

서로 독립적으로 버스를 억세스하는 라인상의 버스 장치의 경우에 불일치(collisions)가 일어날 수 있다. 버스 억세스 절차는 어떠한 정보도 잃지 않고 버스가 최적의 상태로 사용될 수 있다는 것을 보장한다.

텔레그램내 부수적인 우선 순위 구조로 인해, 정보(예를 들면, 폴트 신호)에 우선 순위가 부여될 수 있다. KNX 시스템에서 정보의 교환은 이벤트-제어적이다. 즉, 텔레그램은, 정보를 전달하는데 필수적인 것으로 만드는 이벤트가 일어나는 경우에만 전달된다.

텔레그램 구조와 어드레싱

텔레그램은 버스-특정 정보로 구성되는 바, 이벤트(예를 들면 버튼의 누름)가 전해지는 유용한 정보이며, 전송 에러를 검출하기 위한 테스트 정보로 구성된다.

정보가 문자의 연속임으로써, 문자는 관련된 정보 콘텐트와 함께 필드에서 결합된다.

제어 및 체크섬(checksum) 필드에서 나온 데이터는 트러블-프리 텔레그램 트래픽(trouble-free telegram traffic)에 필수적이며 어스레스되었던 버스 장치에 의해 평가된다.

드레스 필드는 소오스 어드레스와 타겟 어드레스를 포함한다. 소오스 어드레스는 언제나 물리적 어드레스이다. 이것은 송신 장치가 배열되는 에리어 및 라인을 표시한다. 물리적 어드레스는 구성하는 동안 버스 장치에 영구적으로 할당되고 커미셔닝 및 서비스 기능에만 사용된다. 통신 파트너(들은)는 타겟 어드레스로 정의된다. 이는 단일 장치 또는 그룹의 장치일 수 있으며, 그들 자신의 라인, 다른 라인 또는 몇몇 라인 중 분배된 라인에 연결되어 있다. 장치는 몇몇 그룹에 속할 수 있다. 그룹 어드레스는 시스템 내의 통신 링크를 정의한다. 데이터 필드는 명령, 메시지, 세팅 파라미터, 측정값 등등과 같은 유용한 정보를 전달하는데 사용된다.

버스 장치의 구조

동작형 버스 장치(예를 들면, 스위치 센서, 디밍 액추에이터, 블라인드 액추에이터 등등)은 다음과 같은 중요한 두가지 부분으로 구성된다.

* 버스 커플링 유닛(BCU; Bus Coupling Unit)

* 어플리케이션 모듈(AM; Application Module)

버스 장치의 버전과 형태에 따라서:

* 예컨대, 플러시가 장착된 장치의 경우, 버스 커플링 유닛과 어플리케이션 모듈은 물리적 외부 인터페이스(PEI)를 경유해서 연결된다.

* 예컨대, DIN 레일 장치 및 표면 장착 장치의 경우, 버스 커플링 유닛과 어플리케이션 모듈은 분리할 수 없는 유닛으로서 밀봉체(enclosure)에 통합된다.

먼저 처리될 정보는 버스를 통해 버스 커플링 유닛에 도착한다. 버스 커플링 유닛은 그 자신의 물리적 어드레스, 하나 또는 그룹의 어드레스는 물론 파라미터를 구비한 어플리케이션 프로그램과 같은 데이터를 송신하고, 수신하며 저장한다. 마이크로프로세서 – 버스 커플링 유닛의 “두뇌” ? 는 이러한 기능들의 조화를 가진다. 폴트 또는 전압 장애의 경우에 있어서, 데이터는 버스 장치에 보유되고, 버스 장치는 이러한 사태를 위해 프로그램 되어 있는 상태로 설정된다. 마찬가지로 폴트의 정류 또는 버스 전압 복구의 동작도 프로그램 될 수 있다.

어플리케이션 모듈과 어플리케이션 프로그램은 버스 장치의 기능을 정의한다.

이는 푸시 버튼 및 이진 입력과 같은 센서, 이진 출력과 같은 액추에이터, 로드 스위치 및 디밍 액추에이터 또는 이들의 조합을 포함한다.

파워 서플라이

KNX 시스템에는 최대 29V의 초-저전압 SELV(Safety Extra Low Voltage)가 제공된다.

그러므로 버스는 파워 시스템으로부터 절연된다. 따라서, 사용자가 버스 컨덕터를 접촉하는데에 안전하다. 파워 서플라이는 기준 DIN EN 50090의 필요조건을 충족하고 버스 측에서 제한되어 단락을 방지한다. 통합된 초크는 버스 텔레그램에 필요한 고-저항 로드를 나타낸다 즉, 신호는 버스 상에서 감쇄하지 않는다.

제 2 의 무제한 출력을 갖춘 파워 서플라이의 경우, 이러한 출력은 더 많은 라인의 공급에 필요한 중간 초크와의 연결에 사용될 수 있다.

 

글_ 오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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마이크로칩, 업계 최저 소비전력 LoRa SiP 제품군 출시

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블록 다이어그램

원거리 무선 커넥티비티 및 시스템 배터리 수명 증대 구현

LoRa® (Long Range) 기술은 저전력 성능과 원거리 무선 커넥티비티를 결합해 사물인터넷(IoT)의 통신 거리를 넓히고 있다. 마이크로컨트롤러, 혼합 신호, 아날로그 반도체 및 플래시-IP 솔루션 분야의 세계적인 리더인 마이크로칩테크놀로지(북아시아 총괄 및 한국 대표: 한병돈)는 LoRa 기반 커넥티드 솔루션 개발을 가속화하기 위해 초저전력 32비트 마이크로컨트롤러(MCU), sub-GHz RF LoRa 트랜시버 및 소프트웨어 스택을 갖춘 고도로 통합된 LoRa 시스템 인 패키지 (SiP, System-in-Package)를 출시했다고 밝혔다. SAM R34/35 SiP 는 인증된 레퍼런스 디자인과 함께 주요 LoRaWAN™ 게이트웨이와 네트워크 제공 업체를 통해 검증된 상호운용성을 제공하므로 하드웨어, 소프트웨어 및 지원을 통해 전체 개발 프로세스를 크게 간소화할 수 있다. 이들 디바이스는 슬립 모드에서 업계 최저 소비전력을 지원하고 원격 IoT 노드의 배터리 수명을 더욱 늘려 준다.

대부분의 LoRa 엔드 디바이스는 장시간 슬립 모드를 유지하며 적은 양의 데이터 패킷을 전송할 경우에만 깨어나 동작한다. 초저전력 SAML21 Arm® Cortex® -M0+ 기반 MCU가 탑재된 SAM R34 디바이스는 전력 소비를 크게 줄이고 엔드 애플리케이션에서의 배터리 수명을 연장할 수 있도록 최저790nA에 불과한 소비전력으로 슬립 모드를 지원한다. 소형 6×6 mm 패키지에 고도로 통합된 SAM R34/35 제품군은 작은 폼팩터 설계 및 수년간의 배터리 수명을 요하는 장거리용 저전력 IoT 애플리케이션에 적합하다.

이러한 초저 소비전력 외에도, 개발자들은 간소화된 개발 프로세스를 통해 애플리케이션 코드를 마이크로칩의 LoRaWAN 스택과 결합하여 Atmel Studio 7 SDK(Software Development Kit)로 지원되는 ATSAMR34-XPRO 개발 보드(DM320111)를 활용하여 신속히 프로토타입을 제작해 보다 빠른 디자인을 구현할 수 있다. FCC(Federal Communications Commission), IC(Industry Canada), RED(Radio Equipment Directive) 로부터 인증 받은 이 개발 보드를 통해 개발자들은 자신들의 설계가 여러 지역에 걸쳐 규제기관 요건을 충족시킬 수 있을 것이라는 신뢰성을 확보할 수 있다.

블록 다이어그램

블록 다이어그램

LoRa 기술은 저전력 애플리케이션이 LoRaWAN 오픈 프로토콜을 통해 지그비®(Zigbee®), Wi-Fi® 및 Bluetooth® 대비 훨씬 넓은 범위에서 통신할 수 있도록 설계됐다. 스마트 도시, 농업 모니터링 및 공급망 추적과 같은 다양한 응용 분야에 적합한 LoRaWAN은 도시 및 농촌 환경에서 모두 동작할 수 있는 유연한 IoT 네트워크를 구현한다. 로라 얼라이언스(LoRa Alliance™)에 따르면, LoRaWAN 사업자 수는 1년새 40곳에서 80곳으로 2배 이상 증가했으며, 100여개가 넘는 국가에서 LoRaWAN 네트워크를 활발하게 구축하고 있다.

마이크로칩의 무선 솔루션 사업부 부사장인 스티드 콜드웰 (Steve Caldwell)은 “LoRa 생태계는 급속한 성장 단계에 접어들고 있으며, 마이크로칩은 로라 얼라이언스(LoRa Alliance)의 창립 멤버로서 LoRa 기술 성공을 위한 강력한 성장 동력이다”라고 전하며, “마이크로칩은 SAM R34를 통해 무료 소프트웨어, 우수한 고객 지원 및 신뢰할 수 있는 공급 등의 혜택을 제공하는 소형 및 저전력 디바이스를 위한 종합 공급업체로서 명성을 이어나간다”고 덧붙였다.

SAM R34/35 제품군은 마이크로칩의 LoRaWAN 스택 지원과 인증 및 검증된 칩 패키지를 통해 고객의 위험 부담을 낮추고 RF 애플리케이션 설계를 가속화할 수 있도록 돕는다. 862-1020 MHz 범위에서 동작하는 전세계 LoRaWAN 지원으로 개발자는 디자인 프로세스를 간소화하고 재고 부담을 줄이는 동시에 어느 곳에서나 단일 가변부(part variant)를 이용할 수 있다. SAM R34/35 제품군은 특허권을 보유한 포인트 투 포인트 연결은 물론 Class A, Class C 엔드 디바이스를 지원한다.

마이크로칩의 SAM R34/35 LoRa 제품군은 6가지 변형 디바이스로 출시되어 개발자들에게 엔드 애플리케이션을 위한 주변장치 및 메모리의 최적 조합을 선택할 수 있는 유연성을 제공한다. 해당 제품군은 64-리드 TFBGA 패키지로 제공되는 SAM R34 디바이스와 USB 인터페이스가 없는 SAM R35 디바이스를 포함한다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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스마트시티/빌딩

자일링스, 16nm 방산-등급 XQ 울트라스케일+ 기반 고집적 적응형 솔루션 출시

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방산-등급 XQ 울트라스케일+ 제품 포트폴리오 주요 기능

적응형 및 지능형 컴퓨팅 부문의 선두주자인 자일링스(지사장 안흥식)는 방산-등급의 XQ 울트라스케일+(UltraScale+) 제품 포트폴리오를 출시했다고 밝혔다. 이 포트폴리오는 울트라스케일+ 아키텍처 제품의 이점을 제공할 뿐 아니라, 항공우주 및 방위산업의 주요 요구사항을 해결하기 위해 확장된 온도범위와 견고한 패키지를 기반으로 제공된다.

XQ 징크(Zynq®) 울트라스케일+ MPSoC 및 RFSoC를 비롯해 XQ 울트라스케일+ 킨텍스(Kintex®) 및 버텍스(Virtex®) FPGA로 구성된 새로운 제품들은 최고 수준의 보안 및 신뢰성을 필요로 하고, 크기/무게/전력(SWaP)에 민감한 까다로운 동작 환경을 위해 업계에서 가장 광범위한 라인을 갖춘 고성능 프로그래머블 실리콘 솔루션이다.

이 포트폴리오에는 유연하게 동적으로 재구성이 가능한 고성능 프로그래머블 로직 및 DSP를 비롯해 16Gb/s 및 28Gb/s 트랜시버, 쿼드-코어 Arm® Cortex™-A53 임베디드 프로세서와 듀얼-코어 Arm Cortex-R5 임베디드 프로세서로 구성된 업계 최초의 방산-등급 이기종 멀티 프로세서 SoC 디바이스를 포함하고 있다.

자일링스는 “XQ 울트라스케일+ 제품 포트폴리오는 항공우주 및 방위산업 애플리케이션을 위한 향상된 최첨단 단일 칩 솔루션”이라며, “TSMC의 16나노미터 핀펫(FinFET) 공정 기술을 기반으로 고도의 통합 솔루션을 구현함으로써 이전 세대 제품에 비해 와트당 성능이 최소 두 배까지 향상”됐다고 밝혔다.

방산-등급 XQ 울트라스케일+ 제품 포트폴리오 주요 기능

방산-등급 XQ 울트라스케일+ 제품 포트폴리오 주요 기능

또한 이 포트폴리오의 고집적 프로그래머블 SoC는 일반적으로 고객들이 소싱을 해야 하거나 다중 칩을 사용해야 하는 방식에 비해 상당한 이점을 제공한다. 이 디바이스는 민간 및 군용 항공기는 물론, 확장된 온도범위와 안정적인 환경, 긴 수명 및 최고 수준의 보안을 지원해야 하는 다른 방위 시스템 애플리케이션에 이상적인 SWaP 요건을 비롯해 다른 여러 이점을 제공한다.

데이비드 감바(David Gamba) 자일링스 항공우주 및 방위 사업부문 선임이사는 “이 새로운 라인은 현재 공급되고 있는 울트라스케일 및 7 시리즈 방산-등급 제품군을 기반으로 구현”됐으며, “고객들이 가장 까다로운 애플리케이션 요건을 충족시킬 수 있도록 여러 강력한 옵션”을 제공한다고 밝혔다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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스마트기계

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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