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스마트시티/빌딩

홈 및 빌딩 제어를 위한 KNX 네트워크 전송 매체(3)

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KNX Sector

전송 미디어로서 무선

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

무선 전송 미디어를 갖춘 KNX 인스톨레이션 내의 장치는 어떠한 형태의 계층적 배열을 조건으로 하지 않는다. 장치는 어떤 위치에서라도 설치될 수 있으며 각각의 센서는 무선 범위의 고려 중에 각각의 액추에이터와 통신할 수 있다. 무선 전송 미디어의 범위는 공간적으로 정확하게 결정될 수는 없다. 즉, KNX 무선 텔레그램이 인접한 KNX 무선 인스톨레이션에 설치된 다른 장치에 의해 또한 수신될 수 있다. 발생된 중립 효과는 제외되어야만 한다. 따라서 각각의 KNX 무선 트랜스미터는 텔레그램의 일부인 장치 인식기로 그것의 시리얼 넘버를 송신한다.

이러한 트랜스미터에서 교육된 즉, 트랜스미터에 접속된 리시버만이 텔레그램을 평가한다.

인접한 KNX 무선 인스톨레이션으로부터 필수적인 분리 이외에, 빌딩 내 무선 신호의 범위는 또한 벽, 천정 및 가와 같은 구조적인 조건에 의해 또한 제한된다. 그러나 이 범위는 리피터로 연장될 수 있으므로 무선 신호는 또한 복수의 마루를 지나서 전달될 수 있다.

KNX 인스톨레이션은 순수 무선 네트워크 또는 무선 및 트위스트 페어로 된 KNX 또는 KNX 파워라인과 같은 다른 미디어의 조합으로 구성될 수 있다. 미디어 커플러는 하나의 전송 미디어 내 장치에서 다른 미디어 내 장치로 정보 및 명령어를 전송할 수 있다.

전송 기술

전송될 정보는 무선 테크놀로지의 캐리어로 변조된다. 이것은 진폭(진폭 변조), 주파수(주파수 변조), 위상각(위상 변조) 또는 이들의 조합을 통해 수행될 수 있다. 이 변조된 캐리어는 리시버로 전달되고 수신된 신호는 복조된다. 즉, 정보가 신호로부터 복구된다.

KNX 무선 시스템에서, 주파수 변조 또는 주파수 편이방식(FSK)은 변조 프로세스로 사용된다. 논리 상태 “0”과 “1”은 약간의 편이에 의해 캐리어 주파수에서 발생되는데, 캐리어 주파수는 또한 미드-주파수라고도 한다. KNX 무선 시스템에서, 868.30 MHz가 미드-주파수로 사용된다. 전송될 정보의 전송률 또는 비트 레이트는 초당 16,384 비트이고, 맨체스터 코드(Manchester code)에 따라서 변조된다. 이러한 암호화 때문에, 펄스 에지에서 “0” 에서 “1”, 반대로 “1” 에서 “0”으로의 변화는 각각의 정보 비트의 중심에서 일어난다. 트랜스미터와 리시버는 이러한 암호화로 아주 쉽게 동기화될 수 있다. 왜냐하면, 전송될 각각의 비트의 중심에서 0/1 또는 1/0 전이가 클럭 펄스의 계속적인 조정을 가능하게 하기 때문이다.

KNX 무선 시스템의 전송 주파수는 ISM 대역(Industrial-Scientific-Medical)에 있다. 이러한 밴드 내에 상이한 어플리케이션에 필요한 주파수 범위는 정확하게 정의된다. 최대 전송 용량은 12mW이다. 이른바 듀티 사이클이라고 하는, 각각의 장치의 무선 전송 간격은 1%(분당 0.6초의 최대 전송 주기)이다. 전송 시간이 고정됨으로 인하여, 지속적인 개별 트랜스미터는 없으며 따라서 무선 채널을 차단할 수 있는 지속적인 간섭 신호도 없다. 그러므로 전송된 메시지가 의도된 수령자(intended recipient)에 의해 또한 수신되고 평가될 수 있는지가 추정되어야만 한다.

트랜스미터와 리시버 구성요소의 주요 구조가 그림 4.에 도시되어 있다.

버스 액세스

단방향 장치는 필요하면 직접 텔레그램을 송신한다. 불일치는 1%의 듀티 사이클로 거의 제거된다.

양방향 장치는 텔레그램을 송신하기 전에 무선 채널이 사용되고 있지 않은지를(free) 점검한다. 채널이 사용중(점유중)이라면, 장치는 무선 채널이 자유롭게 될때까지 기다린 다음 텔레그램을 송신한다.

텔레그램 구조 및 어드레싱

KNX 무선 텔레그램은 체크섬 바이트에 의해 분리된 복수개의 데이터 블록으로 구성된다. 데이터 블록은 사실상 유용한 정보(예를 들면, 스위치 또는 디밍 명령어)와 어드레싱하는 동안 이용되는 버스-특정 정보를 포함한다.

무선 텔레그램의 시작 및 단부(end)에서 블록은 리시버를 트랜스미터에 동기화시키는데 사용된다.

제 1 데이터 블록은 제어 필드(4 바이트), 장치의 KNX 시리얼 넘버(6 바이트) 및 데이터 세이브(data save)(2 바이트)로 구성된다. 제어 필드는 텔레그램 길이, 전송 품질(수신하는 용량) 및 배터리로 동작하는 무선 구성요소의 배터리 상태에 대한 정보를 포함한다.

KNX 일련 번호는 제조하는 동안 장치에 프로그램되어 변경할 수 없는 유일한 장치 식별자이다. 이 번호는 커미셔닝하는 동안 또는 무선으로 장치를 접속할 때 트랜스미터의 소오스 어드레스로서, 각각의 텔레그램에 전달되고 리시버에 저장된다.

KNX 일련 번호는 버스 장치를 어드레싱 할 때에만 사용되는 것이 아니라 KNX 무선 인스톨레이션에 인접한 장치를 분리할 때에도 사용된다. 리시버는 텔레그램이 어떠한 에러없이 전달되었는지를 데이터 세이브를 통해 점검한다.

제어 및 체크섬 바이트 이외에, 제 2 데이터 블록은 개별적인 소오스 어드레스, 타겟 어드레스 및 유용 정보를 포함한다. 개별적인 소오스 어드레스는 장치의 물리적 어드레스다. 이것은 프라이머리 컨트롤러 또는 커플러를 통해 장치를 프로그램 할 때에 필요하고 커미셔닝하는 동안 이러한 장치에 의해 자동적으로 할당된다. 타겟 어드레스는 어드레스될 장치에 대한 억세스에 따라 그 기능을 달리한다. 물리적 억세스의 경우, 즉 프로그램하는 동안, 타겟 어드레스는 장치의 개별적인 소오소 어드레스이다. 정상적인 동작을 하는 동안(예를 들면, 스위치 명령어를 전달하는 경우), 타겟 어드레스는 장치내에 어드레스된 통신 대상의 수를 포함한다. 유용 정보는 명령어, 메시지, 세팅 파라미터, 측정된 값 등과 같은 전달될 데이터를 포함한다. 그 밖의 데이터 블록은 유용 정보의 길이에 따라서 KNX 무선 텔레그램에 전달될 수 있다.

버스 장치의 구조

KNX 무선 구성요소는 플러시 장착, 표면 장착 및 빌트 인 방식으로 이용가능하다.

플러시 장착 장치는 대개 조명을 스위치하거나 디밍하고 또는 셔터 장치를 제어하기 위한 장치 인서트(insert)로 구성된다. 그러면 푸시 버튼은 동작 중 인서트에서 클립된다. 무선 통신은 오퍼레이팅 표면에서 또는 그 자신의 장치 인서트에서 통합될 수 있다.

표면 장착 또는 빌트인 방식에서, 다양한 센서, 액추에이터 또는 조합 장치가 다양한 위치 및 표면에 장착되고, 부착 또는 조립될 수 있다.

KNX 무선 구성요소 때문에, 버스 커플링 유닛, 어플리케이션 모듈 및 로더블 어플리케이션 소프트웨서 사이의 클래식 분리는 더 이상 대부분의 경우 존재하지 않는다. 이는 어플리케이션 소프트웨어가 영구적으로 프로그램 된 완전한 장치이다.

장치는 그들의 기능과 어플리케이션에 따른 단방향 또는 양방향 전송으로 디자인 된다. 단방향 장치는 송신할 수도 수신할 수도 있다. 이 장치는 주로 배터리-작동형 센서, 핸드-헬드 또는 벽걸이형 트랜스미터와 같은 디텍터, 이진 입력 및 문/창문 콘택트 또는 액추에이터와 같은 순수 명령어 리시버다.

양방향 장치는 송신 및 수신을 모두 할 수 있다. 즉, 동시에 센서 및 액추에이터일 수 있다.

마찬가지로 리피터는 인스톨레이션의 범위를 증가시키기 위하여 무선 텔레그램의 자동 루팅을 취하는 양방향 장치이다. 이것은 여러 가지 폭이 넓은 모델중 자립형 유닛일 수 있거나 또는 양방향 액추에이터에 기능적으로 통합될 수 있다. KNX 무선을 미디어 커플러를 통해 KNX TP에 접속하는 것이 가능하다.

마찬가지로 컨트롤러 또는 디스플레이 및 제어 패널은 부가적인 이더넷(Ethernet) 인터페이스와 조립할 때 KNX 무선 시스템을 다른 시스템 및 미디어 커플러와 연결하는 게이트웨이로 이용할 수 있다. 미디어 커플러는 KNX 무선 시스템을 트위스트 페어 미디어에 그리고 파워라인에 접속하도록 한다.

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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