비디오 IC의 동향 비디오 IC 및 시장의 이해 - Technology

비디오 IC의 동향
비디오 IC 및 시장의 이해

여러 가지 다양한 비디오 IC를 하나의 카테고리에 쉽게 통합할 수는 있지만 이는 비디오 IC 트렌드를 고려할 때
현실적이거나 논리적이지 않다. 비디오 IC는 특정 시장이나 애플리케이션을 겨냥한 제품으로, 소비자, 전문가용/방송용 또는
산업용 시장은 통합 기능, 성능, 속도 및 전력과 같은 요소에 의해 결정된다.

글│투샤 파텔(Tushar Patel) 내셔널 세미컨덕터 제품 및 마케팅 엔지니어

비디오 IC의 동향을 이해하려면 거시적인 관점에서 비디오 시장 내의 다른 부문을 살펴 보아야 한다. 비디오 IC의 특징이 궁극적으로 타겟 시장 부문에 의해 결정되기 때문이다. 그러나 그 개념이 간단하기 때문에 특정 시장의 트렌드와 요구 사항이 IC의 설계 및 제조 방식에 직접적으로 영향을 미친다는 사실을 많은 사람들이 간과하고 있다.
비디오 시장을 분류하는 방법에는 여러 가지가 있지만 소비자용, 전문가용/방송용 및 산업용 등 세 가지 주요 카테고리로 시장을 구분하면 보다 쉽게 비디오 IC 트렌드를 파악하는데 도움이 될 것이다.

소비자 시장

가장 빠른 속도의 성장세를 보이고 있는 비디오 시장은 평판 디스플레이/TV 및 DVD 플레이어, 휴대폰을 포함한 소비자 시장이다. 과거부터 소비자 시장은 저가형 제품을 선호하는 소비자로부터 극심한 가격 인하 요구를 받는 등 가격 중심의 경향을 보이고 있다. 이 압력은 OEM에서 반도체 공급업체로 급속하게 퍼지고 있다. 이러한 시장의 높은 요구를 충족시키려면 제조업체들은 여러 비디오 기능을 하나의 칩에 통합하는 등 경쟁력을 갖출 수 있도록 IC 단가를 낮추어야 한다.
예를 들어, 비디오 디지털-아날로그 컨버터(DAC)의 출력을 구동할 때, 이전에는 필터링, 블랙 레벨 클램핑 및 멀티플렉싱을 위해 Op 앰프와 이산 회로를 사용했지만, 현재는 많은 반도체 공급업체들이 이러한 기능을 하나의 비디오 IC에 통합하고 있다.
이 시장에서는 프로그램 가능 차단 주파수 필터 및 내부 차지 펌프, 고해상도 멀티미디어 인터페이스(HDMI) 호환성 등 다양한 첨단 기능을 포함하는 더 높은 수준의 통합이 이루어질 것으로 예측되고 있다. HDMI가 많은 주목을 받고 있는 이유는 디지털 비디오 컨텐츠의 불법 복사를 방지하는 고대역 디지털 컨텐츠 보호(HDCP) 기능을 이용하기 때문이다.
HDMI를 사용하면 소스(예: DVD 플레이어)의 디지털 비디오 프로세서(DVP)에서 디스플레이(예: LCD TV)의 DVP로 비디오 정보를 직접 전달할 수 있다. 이상적으로 이러한 방식은 최고의 비디오 화질과 선명도를 구현한다. 소비자 시장의 신제품은 대부분 소스와 디스플레이에 싱글 및 듀얼 HDMI 커넥터가 장착되어 출시되고 있으며, 이는 비교적 새로운 트렌드로 형성되고 있다.
HDMI 기술의 비용이 감소하면서 더 많은 비디오 IC 제조업체들이 HDMI 호환 기능을 차세대 IC에 통합함에 따라 소비자 시장에서 HDMI가 가장 뛰어난 인터페이스로 자리매김할 것으로 예상된다. 시간이 지날수록 비디오 IC에 통합 기능과 HDMI 호환성을 갖추는 것이 필수 요소가 될 것이다.

방송용/전문가용 시장

방송용/전문가용 비디오 시장에 고해상도 TV(HDTV)가 도입되면서 스튜디오는 향상된 비디오 표준을 지원할 수 있도록 아날로그에서 디지털 기반 전송 방식으로 해당 시스템을 전환하도록 압력을 받고 있다. 이 시장에서 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)는 최종 장비 제조업체가 디지털 비디오 전송 시 충족해야 하는 성능 사양과 표준을 개발했다. 이러한 사양을 충족시키기 위해 비디오 IC는 더 낮은 전력, 더 높은 데이터 전송 속도, 특히 지터(노이즈)를 줄이는 등 기존에 비해 높은 성능이 요구되고 있다.
스튜디오가 아날로그에서 디지털로 전환함에 따라 비디오 IC가 시장에서 주도적인 트렌드로 부상하고 있음을 보여주는 한 가지 예로 SDI(시리얼 디지털 인터페이스) 변환 애플리케이션에 대한 아날로그 비디오를 들 수 있다(그림 1).

PLL(Phase-Locked Loop)을 사용하여 아날로그 비디오 소스에서 파생되는 동기식 세퍼레이터와 디지털 전송용 클럭 신호는 SMPTE에서 설정한 최대 지터 사양을 초과해서는 안 된다(SMPTE 259M/334M/292M 참조). 타이밍/클럭 신호 경로에 대한 특정 지터 요구 사항으로 인해 OEM은 지터를 줄이기 위해 신호 경로에서 여러 필터링 단계 또는 용량이 큰 FPGA(Field-Programmable Gate Array)를 사용하고 있다.
이렇게 하면 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 각각의 단계를 설계해야 하므로 시장출시 시기가 늦어지게 된다. 비디오 IC 제조업체는 지터를 줄이기 위해 각별한 주의를 기울이고 있으며 이에 따라 외부 지터 감소 회로의 부담은 다소 줄어들고 있다. 필요한 지터 성능을 충족시키기 위해 비디오 IC에 더욱 향상된 아날로그 설계 기법과 독점 실리콘 공정을 이용하려는 경향을 보이고 있다.
뿐만 아니라 HD로 전환하기에 앞서 비디오 IC가 HD는 물론 기존의 비디오 형식을 모두 지원할 수 있어야 한다. 예를 들어, 내셔널 세미컨덕터의 새로운 동기식 세퍼레이터인 LMH1981은 NTSC, PAL, 480i, 480p, 576i, 576p, 720p, 1080i, 1080p 비디오 형식을 지원한다. 이 제품은 기존의 표준 정의에서 미래의 고해상도 표준까지 모든 범위를 포괄하는 동시에 출력에 따른 지터를 낮게 유지시켜 주는 특징이 있다. 이러한 고성능 비디오 IC는 방송용/전문가용 시장에서 보편화되어 가고 있다.

산업용 시장

산업용 비디오 시장은 스위치, 라우터, 비디오 익스텐더 및 KVM 스위치 등 회의실, 공항, 컴퓨터 교육 센터 및 멀티미디어 기기에 사용되는 장비에 초점을 맞추고 있다. 이 시장에서는 HDMI와 디지털 비디오 인터페이스(DVI)가 주목을 받고 있지만 대부분의 시스템은 아날로그 비디오 형식을 기반으로 하고 있다. 이 시장의 비디오 컨텐츠는 PC와 노트북에서 사용되며, 디지털 비디오의 비용과 채택 문제로 인해 계속 아날로그 비디오 형식을 사용하고 있다.
이러한 비디오 소스는 일반적으로 최고의 비디오 해상도를 지원하는 RGBHV 비디오 형식을 사용한다. 비디오 해상도가 높아지면서 아날로그 비디오 시스템에서는 시스템 대역폭(속도)에 대한 요구 사항도 증가하고 있다. 예를 들어, UXGA (1600 x 1200) 비디오 소스를 지원하려면 최소 시스템 대역폭이 215MHz가 되어야 하지만, XGA(1024 x 768) 소스에는 86MHz만 있으면 된다.
소비자 시장과 달리 산업용 시장의 비디오 장비는 자주 교체되지 않는다. 설치된 시스템의 평균 수명은 7~10년이며, 보통 그 이후에 교체가 이루어진다. 따라서 산업용 비디오 장비는 오늘날의 비디오 형식을 지원하는 것은 물론 미래의 비디오 형식까지 예측해야 한다.
여러 캐스케이드 단계를 가진 신호 경로에서 효율적인 대역폭은 제곱의 법칙으로 표현된다. 즉, 단계 수가 증가하면 전반적인 시스템 대역폭은 줄어들게 된다. 캐스케이드 애플리케이션에서 원하는 시스템 대역폭을 유지하려면 각 단계에서 더 높은 대역폭이 필요하게 된다. 예를 들어, 215MHz의 시스템 대역폭을 지원하려면 캐스케이드 단계 수에 따라 최대 500MHz 대역폭을 가진 여러 비디오 IC가 필요할 수 있다.
이런 이유로 설계 엔지니어는 가장 높은 대역폭의 비디오 IC를 계속 찾고 있는 것이다. 그러나 대역폭이 증가하면 전력 소모가 늘어 비용이 증가한다. 결국, 가장 큰 트렌드는 가능한 한 전력 소모가 가장 낮으면서 대역폭은 가장 높은 장치를 개발하는 것이다. 내셔널 세미컨덕터에서 최근 출시한 16 x 8 크로스포인트 스위치인 LMH6583 및 LMH6582는 시장 요구 사항과 애플리케이션을 고려하여 500MHz의 작은 신호 대역폭을 제공한다.
내셔널의 VIP10 공정을 통해 IC 설계 엔지니어는 현재 솔루션에 비해 과도한 전력을 소모하지 않고 높은 대역폭을 달성할 수 있다. 비디오 해상도가 UXGA보다 높아지면서 대역폭이 더 크고 전력 소모가 적은 비디오 IC에 대한 비디오 엔지니어의 요구가 지속적으로 증가할 것이다.
여러 가지 다양한 비디오 IC를 하나의 카테고리에 쉽게 통합할 수는 있지만 이는 비디오 IC 트렌드를 고려할 때 현실적이거나 논리적이지 않다. 비디오 IC는 특정 시장이나 애플리케이션을 겨냥한 제품으로, 소비자, 전문가용/방송용 또는 산업용 시장은 통합 기능, 성능, 속도 및 전력과 같은 요소에 의해 결정된다.

전력 소모량이 업계 최저인 시리얼 디지털 인터페이스
내셔널은 전력 소모량이 업계에서 가장 적은 초소형 HD/SD 리클럭커, 업계 최초의 듀얼 HD/SD 케이블 드라이버, 지터가 업계 최저인 HD/SD 다중 속도 시리얼라이저 등의 제품을 업계 최초로 선보였다. 내셔널은 지터가 낮으면서 완전 무결한 신호 전송을 요구하는 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers) 표준을 충족할 수 있도록 이러한 새로운 SDI 제품들을 최적화하였다.
경쟁사 솔루션에 비해 크기가 1/3에 불과한 소형 패키지로 제공되는 내셔널의 새로운 LMH0046은 업계에서 가장 크기가 작고 전력 소모 또한 가장 적은 3.3V HD/SD 리클럭커로, 매우 정밀한 데이터 복구 기술을 활용해, 수신되는 데이터 스트림에서의 지터를 줄여준다. 듀얼 차동 리클럭 방식의 출력 및 선택적인 낮은 지터 데이터 속도 클럭을 통해 다양한 방식으로 설계가 가능하다. 27MHz의 싱글 레퍼런스 및 외부에서 종단되는 입력을 통해 AC 커플링 커패시터의 크기를 줄일 수 있어 시스템 비용 절감이 가능하다.
내셔널의 LMH0202는 업계 최초의 듀얼 HD/SD 다중 속도 케이블 드라이버이다. LMH0202는 소형 TSSOP 패키지로 제공되며 8핀 SOIC 패키지의 케이블 드라이버와 비슷한 크기의 보드 공간을 사용한다. 두 개의 싱글 케이블 드라이버를 LMH0202 하나로 교체함으로써 필요한 칩 수를 줄이고 보드 공간을 절약할 수 있으며 또한 전송경로의 길이를 짧게하고, 데이터 신호 추적 시간을 줄여 시스템 비용을 절감할 수 있다.

<자료제공: 월간 반도체네트워크 2007년 08월호>