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시스템 배팅ine Value 비접촉식 커넥터로 신호선 문제 해결, 시리얼 인터페이스 IC와 근거리 시스템 배팅 IC로 실현
2024.05.21
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산업기기 개발/설계 현장에서는 신호라인에 대한 다양한 문제점이 존재한다. 실제로 당사에 그러한 목소리가 많이 들려온다. 예를 들어, "신호선을 가볍고, 가늘게 만들어 보다 쉽게 설계를 하고 싶다", "시스템 배팅 멀리 떨어진 지점까지 보내고 싶다", "전기적 절연확보로 안전성을 높이고 싶다", "노이즈 내성을 높이고 싶다" 와 같은 의견이다.
당사는 이미 이러한 요구에 부응하기 위해 다양한 인터페이스 IC와 이를 활용한 솔루션을 준비하여 산업기기 제조업체 등에 제공하고 있다. 구체적으로는 'IOHA:B'라고 하는 시리얼 트랜시버 IC, 카메라용 SerDes 칩셋 '시스템 배팅CV241A/242A'와 이를 탑재한 임베디드 카메라용 SerDes 스타터 키트, 디스플레이용 SerDes 칩셋 '시스템 배팅CV333/시스템 배팅CV 334」등이 있다. 물론 이러한 인터페이스 IC와 그 솔루션을 적용하면 산업기기 개발/설계 현장에서 겪고 있는 많은 어려움을 해결할 수 있을 것이다. 하지만 고민 내용에 따라서는 충분히 해결하지 못하는 경우가 있는 것도 사실이다.
당사는 이미 이러한 요구에 부응하기 위해 다양한 인터페이스 IC와 이를 활용한 솔루션을 준비하여 산업기기 제조업체 등에 제공하고 있다. 구체적으로는 'IOHA:B'라고 하는 시리얼 트랜시버 IC, 카메라용 SerDes 칩셋 '시스템 배팅CV241A/242A'와 이를 탑재한 임베디드 카메라용 SerDes 스타터 키트, 디스플레이용 SerDes 칩셋 '시스템 배팅CV333/시스템 배팅CV 334」등이 있다. 물론 이러한 인터페이스 IC와 그 솔루션을 적용하면 산업기기 개발/설계 현장에서 겪고 있는 많은 어려움을 해결할 수 있을 것이다. 하지만 고민 내용에 따라서는 충분히 해결하지 못하는 경우가 있는 것도 사실이다.
비접촉식 시스템 배팅로 해결할 수 있는 7가지 문제
그래서 이번에 제안하는 것이 '비접촉 커넥터'이다. 즉, 시리얼 인터페이스의 시스템 배팅화이다. 앞서 언급한 시리얼 트랜시버 IC나 그 솔루션으로 구성한 유선 시리얼 인터페이스에 밀리미터파를 이용하는 근거리 무선 통신 모듈을 삽입한다. 그것만으로 유선 시리얼 인터페이스를 무선으로 전송할 수 있다.
이 시스템 배팅화의 장점은 매우 크다. 당사는 시스템 배팅화를 활용하면 크게 7가지의 어려움을 해결할 수 있다고 보고 있다.
① 전기적 절연 보장
당연한 이야기지만, 기기 간 또는 보드 간을 연결하는 신호선을 중간에 끊고, 이를 시스템 배팅으로 전송하면 전기적 절연을 확보할 수 있다. 애플리케이션에 따라 전기적 절연이 요구되는 경우가 적지 않다. 절연을 하게 되면 안전성을 높일 수 있기 때문이다. 시스템 배팅 통신 모듈로는 60GHz 대역의 밀리미터파를 사용하는 시스템 배팅 통신 트랜시버 IC 등을 사용할 수 있다.
② 시스템 배팅 접합부의 기계적 스트레스 해소
예를 들어, 제조 라인에서 작업 중인 전자제품을 검사하는 경우를 가정해보자. 생산공정에서 흘러 들어오는 전자기기를 순차적으로 검사할 때, 커넥터를 이용하여 검사장비와 연결을 하며. 이때 커넥터에 기계적 스트레스가 가해진다. 경우에 따라서는 커넥터가 파손될 수도 있다. 이 커넥터 연결을 시스템 배팅으로 대체하면, 작업 중인 전자기기와 검사 장비가 시스템 배팅으로 자동 연결되기 때문에 기계적 스트레스가 완전히 해소될 수 있다. 또한, 차량 탑재기기는 큰 진동이 있는 환경에서 상시 사용되기 때문에 커넥터에 간헐적인 스트레스가 계속 가해져 연결 불량으로 이어질 위험도 있다. 이 커넥터에 의한 연결부분을 시스템 배팅에 의한 연결로 전환하면 접속 불량을 방지할 수 있다.
③ 공장 검사 공정에서 시스템 배팅의 연결 불량 및 노후화로부터의 해방
이 문제도 ②의 경우에 발생할 위험성이 높다. 전자기기와 검사 장치를 시스템 배팅로 여러 번 연결하면 시스템 배팅의 접점부가 노후화되기 때문이다. 최악의 경우, 연결 불량이 발생하여 제대로 검사를 할 수 없게 될 수도 있다.
④ 조립 방법 간소화를 통한 생산성 향상
고밀도 전자기기를 조립할 때 매우 복잡한 조립절차가 존재한다. 예를 들어, 각 보드를 조립하는 순서가 정해져 있거나, 나중에 보드를 장착할 수 없기 때문에 케이블을 먼저 연결해야 하는 경우도 있다. 하지만 시스템 배팅전송을 채택하면 통신하는 보드 간 안테나 위치 조정은 필요하지만, 조립 공정을 매우 단순화할 수 있다.
⑤ 신속한 검사를 통한 생산성 향상
생산라인 검사공정에서는 검사하는 대상기기와 검사장비 간을 케이블로 연결해야 한다. 이 케이블 연결을 시스템 배팅전송 비접촉 검사방법으로 바꾼다면 케이블 연결의 번거로움도 줄일 뿐 아니라 전자기기의 생산성도 높일 수 있다.
⑥ 방적/방진/방염 설계 실현
검사장비등과 연결하는 시스템 배팅가 필요 없어지면 완전히 밀폐된 전자기기를 구현할 수 있다. 따라서 방적, 방진, 방염 등의 설계가 가능해진다. 그 장점은 매우 크다. 전자기기의 신뢰성 향상뿐만 아니라, 선적위에서의 사용이 가능해지고, 케이스를 완전 방수처리 함으로써 세척이 가능해지기도 한다.
⑦ 탈착식 카메라 및 모니터의 디자인 실현
일반적으로 전자기기에서 본체와 카메라나 모니터 사이는 커넥터를 통해 케이블로 연결된다. 이러한 구성은 설계상 제약이 되거나 사용자 편의성을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다. 커넥터와 케이블을 이용한 연결을 시스템 배팅으로 연결하게 되면 전자기기 본체와 카메라나 모니터를 분리할 수 있다. 즉, 카메라나 모니터의 탈부착이 가능해진다. 결과적으로 디자인의 자유도와 사용자의 사용 편의성을 모두 높일 수 있게 된다.
이 시스템 배팅화의 장점은 매우 크다. 당사는 시스템 배팅화를 활용하면 크게 7가지의 어려움을 해결할 수 있다고 보고 있다.
① 전기적 절연 보장
당연한 이야기지만, 기기 간 또는 보드 간을 연결하는 신호선을 중간에 끊고, 이를 시스템 배팅으로 전송하면 전기적 절연을 확보할 수 있다. 애플리케이션에 따라 전기적 절연이 요구되는 경우가 적지 않다. 절연을 하게 되면 안전성을 높일 수 있기 때문이다. 시스템 배팅 통신 모듈로는 60GHz 대역의 밀리미터파를 사용하는 시스템 배팅 통신 트랜시버 IC 등을 사용할 수 있다.
② 시스템 배팅 접합부의 기계적 스트레스 해소
예를 들어, 제조 라인에서 작업 중인 전자제품을 검사하는 경우를 가정해보자. 생산공정에서 흘러 들어오는 전자기기를 순차적으로 검사할 때, 커넥터를 이용하여 검사장비와 연결을 하며. 이때 커넥터에 기계적 스트레스가 가해진다. 경우에 따라서는 커넥터가 파손될 수도 있다. 이 커넥터 연결을 시스템 배팅으로 대체하면, 작업 중인 전자기기와 검사 장비가 시스템 배팅으로 자동 연결되기 때문에 기계적 스트레스가 완전히 해소될 수 있다. 또한, 차량 탑재기기는 큰 진동이 있는 환경에서 상시 사용되기 때문에 커넥터에 간헐적인 스트레스가 계속 가해져 연결 불량으로 이어질 위험도 있다. 이 커넥터에 의한 연결부분을 시스템 배팅에 의한 연결로 전환하면 접속 불량을 방지할 수 있다.
③ 공장 검사 공정에서 시스템 배팅의 연결 불량 및 노후화로부터의 해방
이 문제도 ②의 경우에 발생할 위험성이 높다. 전자기기와 검사 장치를 시스템 배팅로 여러 번 연결하면 시스템 배팅의 접점부가 노후화되기 때문이다. 최악의 경우, 연결 불량이 발생하여 제대로 검사를 할 수 없게 될 수도 있다.
④ 조립 방법 간소화를 통한 생산성 향상
고밀도 전자기기를 조립할 때 매우 복잡한 조립절차가 존재한다. 예를 들어, 각 보드를 조립하는 순서가 정해져 있거나, 나중에 보드를 장착할 수 없기 때문에 케이블을 먼저 연결해야 하는 경우도 있다. 하지만 시스템 배팅전송을 채택하면 통신하는 보드 간 안테나 위치 조정은 필요하지만, 조립 공정을 매우 단순화할 수 있다.
⑤ 신속한 검사를 통한 생산성 향상
생산라인 검사공정에서는 검사하는 대상기기와 검사장비 간을 케이블로 연결해야 한다. 이 케이블 연결을 시스템 배팅전송 비접촉 검사방법으로 바꾼다면 케이블 연결의 번거로움도 줄일 뿐 아니라 전자기기의 생산성도 높일 수 있다.
⑥ 방적/방진/방염 설계 실현
검사장비등과 연결하는 시스템 배팅가 필요 없어지면 완전히 밀폐된 전자기기를 구현할 수 있다. 따라서 방적, 방진, 방염 등의 설계가 가능해진다. 그 장점은 매우 크다. 전자기기의 신뢰성 향상뿐만 아니라, 선적위에서의 사용이 가능해지고, 케이스를 완전 방수처리 함으로써 세척이 가능해지기도 한다.
⑦ 탈착식 카메라 및 모니터의 디자인 실현
일반적으로 전자기기에서 본체와 카메라나 모니터 사이는 커넥터를 통해 케이블로 연결된다. 이러한 구성은 설계상 제약이 되거나 사용자 편의성을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다. 커넥터와 케이블을 이용한 연결을 시스템 배팅으로 연결하게 되면 전자기기 본체와 카메라나 모니터를 분리할 수 있다. 즉, 카메라나 모니터의 탈부착이 가능해진다. 결과적으로 디자인의 자유도와 사용자의 사용 편의성을 모두 높일 수 있게 된다.
4대의 데모기/보드 시시스템 배팅 제작 및 개발 중
이와 같은 산업기기 개발/설계 현장에서 겪는 7가지 애로사항은 근거리 시스템 배팅통신 모듈을 이용하여 유선 시리얼 인터페이스를 시스템 배팅으로 전송해주면 해결을 할 수 있다. 하지만 설명만으로는 그 해결 방법을 상상하기 어려운 것도 사실이다. 이에 당사는 산업기기 개발/설계 현장에서 일하는 엔지니어들이 직관적으로 이해할 수 있도록 4종류의 데모키트/보드를 고안하였다. 아래에서 이 4종류의 데모키트/보드를 소개하고자 한다.
시스템 배팅(첫번째) ※시제품 제작 완료
이 데모기는 모터 제어부와 모터 구동부 사이를, 커넥터를 사용하지 않고 무선으로 전송하는 형태이다(그림 1). 시리얼 인터페이스 IC에는 '시스템 배팅CS253'을 사용했다. 이른바 'IOHA:B'라고 부르는 제품이다.
모터제어부(Primary Unit)에는 로터리 인코더가 탑재되어 있다. 작업자가 로터리 인코더의 노브를 움직이면 그 작동량을 나타내는 디지털 신호가 시스템 배팅CS253에 입력되어 무선 전송을 통해 모터 구동부(Secondary Unit)로 전송된다. Secondary Unit에서는 이 디지털 신호를 받아 그값(작업량)에 따라 모터를 구동 시키는 구조이다. 이를 응용하면 앞서 언급한 7가지 문제 중 ①~⑥을 해결할 수 있다고 본다.
시제품으로 제작한 데모기를 좀 더 자세히 설명해보자. 시스템 배팅을 위해 60GHz의 밀리미터파를 이용한 근거리 무선 통신 트랜시버 IC(ST마이크로일렉트로닉스의 'ST60A2'를 채용했다.) Horn안테나를 사용하여 60GHz의 무선 신호를 전송하고 있으며, 전송 가능한 거리는 20mm 정도이다. 또한, Primary Unit에서 Secondary Unit로 무선 전력 공급도 보내고 있다. 즉, Secondary Unit에는 유선으로 전력을 공급할 필요가 없다. 무선 전원공급은 B&PLUS사의 무선 전원공급 블록을 채택하였다.
이 외에도 Secondary Unit에 여러가지 센서를 탑재했다. 구체적으로는 온습도 센서, 기압 센서, 거리 센서, 감지센서, 9축 가속도 센서, 각속도 센서(자이로 센서) 등이다. 감지 결과는 I2 C 버스를 통해 Secondary Unit쪽 시스템 배팅CS253에 보내고, 차동 라인을 통해 Primary Unit쪽 시스템 배팅CS253에 전송을 하여 PC에서 각종 센서의 감지결과를 확인할 수 있다.
그림1 시스템 배팅첫번째)
모터제어부(Primary Unit)에는 로터리 인코더가 탑재되어 있다. 작업자가 로터리 인코더의 노브를 움직이면 그 작동량을 나타내는 디지털 신호가 시스템 배팅CS253에 입력되어 무선 전송을 통해 모터 구동부(Secondary Unit)로 전송된다. Secondary Unit에서는 이 디지털 신호를 받아 그값(작업량)에 따라 모터를 구동 시키는 구조이다. 이를 응용하면 앞서 언급한 7가지 문제 중 ①~⑥을 해결할 수 있다고 본다.
시제품으로 제작한 데모기를 좀 더 자세히 설명해보자. 시스템 배팅을 위해 60GHz의 밀리미터파를 이용한 근거리 무선 통신 트랜시버 IC(ST마이크로일렉트로닉스의 'ST60A2'를 채용했다.) Horn안테나를 사용하여 60GHz의 무선 신호를 전송하고 있으며, 전송 가능한 거리는 20mm 정도이다. 또한, Primary Unit에서 Secondary Unit로 무선 전력 공급도 보내고 있다. 즉, Secondary Unit에는 유선으로 전력을 공급할 필요가 없다. 무선 전원공급은 B&PLUS사의 무선 전원공급 블록을 채택하였다.
이 외에도 Secondary Unit에 여러가지 센서를 탑재했다. 구체적으로는 온습도 센서, 기압 센서, 거리 센서, 감지센서, 9축 가속도 센서, 각속도 센서(자이로 센서) 등이다. 감지 결과는 I2 C 버스를 통해 Secondary Unit쪽 시스템 배팅CS253에 보내고, 차동 라인을 통해 Primary Unit쪽 시스템 배팅CS253에 전송을 하여 PC에서 각종 센서의 감지결과를 확인할 수 있다.
시스템 배팅(두번째) ※시제품 제작 완료
이 데모 보드는 카메라와 모니터 사이를 커넥터를 사용하지 않고 영상 신호를 무선으로 전송하는 용도이다(그림 2). 시리얼 인터페이스 IC에는 앞서 언급한 데모 기기와 마찬가지로 IOHA:B '시스템 배팅CS253'을 사용하였다.
이 데모 보드는 탈착식 카메라 용도에 적합하다. 구체적으로는 카메라가 탑재된 보드를 시스템 배팅수신기가 탑재된 보드에 가까이 가져다 대기만 하면 그것만으로 영상 신호를 모니터쪽으로 보낼 수 있다. 전자기기 본체에서 카메라를 분리하여 활용할 수 있게 된다. 앞서 언급한 7가지 애로사항 중 ⑦의 해결에 도움이 된다. 또한, 전자기기의 영상 검사 공정에 적용하면 기계식 커넥터를 비접촉 커넥터로 대체할 수 있으며, ②~⑤의 애로사항도 해결할 수 있다.
시제품으로 제작한 데모보드에 대해 자세히 설명해보자. 탑재된 카메라는 해상도가 1080P, Frame Rate는 30fps이다. 촬영한 영상을 GPIO를 통해 Primary쪽 시스템 배팅CS253에 입력한다. 여기서 2페어의 차동 신호로 변환하여 Secondary쪽 시스템 배팅CS253에 무선 전송하고, 그 영상 데이터를 HDMI를 통해 모니터로 전송하여 Display한다. 무선 전송에는 60GHz의 밀리미터파를 이용하는 근거리 무선 통신 트랜시버 IC(ST마이크로 일렉트로닉스의 'ST60A2')를 사용했다.
참고로, 이 데모 보드에는 시스템 배팅원공급 블록을 사용하지 않았다.
그림2 시스템 배팅두번째)
이 데모 보드는 탈착식 카메라 용도에 적합하다. 구체적으로는 카메라가 탑재된 보드를 시스템 배팅수신기가 탑재된 보드에 가까이 가져다 대기만 하면 그것만으로 영상 신호를 모니터쪽으로 보낼 수 있다. 전자기기 본체에서 카메라를 분리하여 활용할 수 있게 된다. 앞서 언급한 7가지 애로사항 중 ⑦의 해결에 도움이 된다. 또한, 전자기기의 영상 검사 공정에 적용하면 기계식 커넥터를 비접촉 커넥터로 대체할 수 있으며, ②~⑤의 애로사항도 해결할 수 있다.
시제품으로 제작한 데모보드에 대해 자세히 설명해보자. 탑재된 카메라는 해상도가 1080P, Frame Rate는 30fps이다. 촬영한 영상을 GPIO를 통해 Primary쪽 시스템 배팅CS253에 입력한다. 여기서 2페어의 차동 신호로 변환하여 Secondary쪽 시스템 배팅CS253에 무선 전송하고, 그 영상 데이터를 HDMI를 통해 모니터로 전송하여 Display한다. 무선 전송에는 60GHz의 밀리미터파를 이용하는 근거리 무선 통신 트랜시버 IC(ST마이크로 일렉트로닉스의 'ST60A2')를 사용했다.
참고로, 이 데모 보드에는 시스템 배팅원공급 블록을 사용하지 않았다.
시스템 배팅세번째) ※개발 중
이 데모 보드는 탈착식 디스플레이를 상정한 것시스템 배팅(그림 3). 카메라의 전자식 뷰파인더(EVF) 등에 응용될 수 있다고 생각한다. 앞서 언급한 7가지 고민 중 ⑦의 해결에 도움이 된다.
시제품으로 제작한 데모 보드에 대해 자세히 설명해 보자. 시리얼 인터페이스는 당사의 디스플레이용 SerDes 칩셋 '시스템 배팅CV333/시스템 배팅CV333/시스템 배팅CV334'를 사용하였으며, 시스템 배팅CV333 은 송신기 IC, 시스템 배팅CV334는 수신기 IC이다.
PC에 표시되는 영상 신호를 시스템 배팅CV333에 입력해 V-by-One HSII 신호로 시리얼화 한다. 그 후 수신기 IC인 시스템 배팅CV334쪽으로 보내게 되는데, 이번에는 V-by-One HSII 신호를 보내는 포워드 채널(FC)을 중간에 끊고, 거기에 60GHz를 이용한 근거리 무선 통신 트랜시버 IC(ST마이크로일렉트로닉스의 'ST60A2')를 삽입했다. 이렇게 하여 무선 전송화가 실현되었다. 또한, I2 C 제어 신호나 GPIO 신호 등을 보내는 백채널(BC)에도 근거리 무선 통신 트랜시버 IC를 삽입하여 무선 전송화를 하였다.
그림3 시스템 배팅세번째)
시제품으로 제작한 데모 보드에 대해 자세히 설명해 보자. 시리얼 인터페이스는 당사의 디스플레이용 SerDes 칩셋 '시스템 배팅CV333/시스템 배팅CV333/시스템 배팅CV334'를 사용하였으며, 시스템 배팅CV333 은 송신기 IC, 시스템 배팅CV334는 수신기 IC이다.
PC에 표시되는 영상 신호를 시스템 배팅CV333에 입력해 V-by-One HSII 신호로 시리얼화 한다. 그 후 수신기 IC인 시스템 배팅CV334쪽으로 보내게 되는데, 이번에는 V-by-One HSII 신호를 보내는 포워드 채널(FC)을 중간에 끊고, 거기에 60GHz를 이용한 근거리 무선 통신 트랜시버 IC(ST마이크로일렉트로닉스의 'ST60A2')를 삽입했다. 이렇게 하여 무선 전송화가 실현되었다. 또한, I2 C 제어 신호나 GPIO 신호 등을 보내는 백채널(BC)에도 근거리 무선 통신 트랜시버 IC를 삽입하여 무선 전송화를 하였다.
절연 솔루션 ※개발 중
이 데모 보드는, 카메라 모듈로 촬영한 영상신호를 보내는 시리얼 인터페이스를 시스템 배팅하는 용도로 적합하다(그림 4). 영상 인터페이스의 전기적 절연도 가능하다. 앞서 언급한 7가지 문제 중 ①의 해결이 가능해진다.
데모 보드에는 당사의 임베디드 카메라용 SerDes 스타터 키트를 채용했다. 이 스타터 키트는 V-by-One HS를 대응하는 송신기 IC '시스템 배팅CV241A'를 탑재한 송신 보드와 수신기 IC '시스템 배팅CV242A'를 탑재한 수신 보드로 구성된다. 이번에는 V-by-One HS 신호를 보내는 시리얼 인터페이스를 중간에 끊고, 거기에 근거리 무선 통신 트랜시버 IC(ST 마이크로일렉트로닉스의 ST60A2)를 넣었다. 이러한 카메라 모듈과 모니터 사이를 무선 전송화하여 전기적 절연을 실현하게 되었다. 또한, 제어 신호 등을 전송하는 저속 Sub-Link에도 근거리 무선 통신 트랜시버 IC를 삽입하여 무선 전송화를 실현하였다.
이상
그림4 절연 솔루션
데모 보드에는 당사의 임베디드 카메라용 SerDes 스타터 키트를 채용했다. 이 스타터 키트는 V-by-One HS를 대응하는 송신기 IC '시스템 배팅CV241A'를 탑재한 송신 보드와 수신기 IC '시스템 배팅CV242A'를 탑재한 수신 보드로 구성된다. 이번에는 V-by-One HS 신호를 보내는 시리얼 인터페이스를 중간에 끊고, 거기에 근거리 무선 통신 트랜시버 IC(ST 마이크로일렉트로닉스의 ST60A2)를 넣었다. 이러한 카메라 모듈과 모니터 사이를 무선 전송화하여 전기적 절연을 실현하게 되었다. 또한, 제어 신호 등을 전송하는 저속 Sub-Link에도 근거리 무선 통신 트랜시버 IC를 삽입하여 무선 전송화를 실현하였다.
이상