오토모티브 애플리케이션을 위해
튼튼한 비디오 인터페이스를 제공해주는 LVDS
비디오는 차량용 신호 형식으로 가장 빠른 성장을 보이고 있다. 차량용 비디오 디스플레이는 네비게이션 시스템을 위한 소형 스크린이 유일한 것이지만, 최근에는 비디오 소스, 디스플레이 및 관련 비디오 전송 라인에서 몇 가지 개발이 이루어지면서 그 이용이 크게 확대되고 있다.
글│토마스 바우만(Thomas Baumann), Maxim Integrated Products Inc.
오늘날 차량용 신호 형식으로 가장 빠른 성장을 보이고 있는 것은 단연 비디오이다. 불과 몇 년 전까지만 하더라도 차량용 비디오 디스플레이는 네비게이션 시스템을 위한 네비게이션 전자장치 부근에 설치된 소형 스크린이 유일한 것이었다. 고급 차량의 경우 동일한 디스플레이에 TV 신호가 표시될 수 있도록 신호 배열을 보충하는 정도였다. 그러나 비디오 신호는 TV 수신기로부터 상당한 거리를 두고 디스플레이로 전송되어야 했다. 이미지 정보 형식은 CVBS (Com-posite Video Baseband Signal)라고 하는 아날로그 비디오 신호였다.
확대되는 비디오 전송 라인
최근 들어 비디오 소스, 디스플레이 및 관련 비디오 전송 라인에서 몇 가지 개발이 이루어지면서 그 이용이 크게 확대되고 있다. 다음에서 이 개발품 중 몇 가지에 대해 살펴보고자 한다.
네비게이션 디스플레이는 해당 전자장치에서 분리한 후 운전사가 좀 더 편하게 볼 수 있는 위치에 설치할 수 있다. 이처럼 서브시스템을 분리하기 위해서는 추가 비디오 전송 라인이 필요하다. 오늘날에는 속도, rpm, 차량 상태 등이 표시되는 전자식 패널 및 뒷좌석에서 TV나 DVD를 시청할 수 있는 멀티미디어 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이가 차량에 장착되고 있다. 각 디스플레이에는 비디오 전송 라인이 필요하다.
미래의 차량에는 백미러와 사이드 미러용 카메라, 야간용 카메라, 도로 표시를 식별하는 카메라 등 운전자에게 도움을 줄 수 있는 다양한 카메라가 장착될 것이다. 여기에서도 역시, 각 카메라를 디스플레이로 연결하기 위한 비디오 전송 라인이 필요하게 된다.
차량 내 전송 라인이 많아지고 특히 각 라인의 길이가 길어질수록 아날로그 CVBS 신호 전송에는 점점 더 많은 문제점들이 생겨나게 된다. 이 신호 형식은 특히 차량에서 발생할 수 있는 전자파 방해에 대한 저항력이 없으며, 화면이 크고 해상도가 높은 디스플레이가 등장하면서 비디오 신호 간섭은 훨씬 더 두드러지고 있다.(이러한 간섭의 한 예가 다중경로 효과이다.)
간섭의 최소화 방안
비디오 간섭을 최소화할 수 있는 한 가지 방안은 아날로그 신호 대신 디지털 신호를 사용하는 것이다. 하지만 간섭의 원인이 비디오 라인에만 있는 것이 아님을 기억해야 한다. 디지털 비디오 전송을 위한 인터페이스로는 저전압 차동 신호(LVDS: Low-Voltage Differential Signaling)가 가장 적합한 것으로 밝혀진 바 있다. 낮은 신호 진폭(0.35V)과 차동 구조 덕분에 LVDS 라인은 전자파 방사를 최소화하기 위한 가장 유리한 조건을 가지게 되는 것이다.
현재의 차량에 사용되고 있는 MAX-9213과 MAX9214와 같은 제1세대 소자는 클록 출력 1개와 데이터 출력 3개를 제공하여 네비게이션 디스플레이를 LVDS 송신/수신 소자와 연결해준다(그림 1).
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3개의 병렬 출력은 이미지 전송에 필요한 데이터 전송률을 달성하기 위한 것이며, 클록 출력은 전송을 동기화하는 데 사용된다.
LVDS버전으로는 구할 수 없지만, 이러한 1세대 시스템의 중요한 기능은 출력을 용량성으로 디커플링하는 옵션이다. 용량에 따른 디커플링을 통해 송신기와 수신기 간의 그라운드 오프셋 문제를 방지할 수 있다. DC 결합 인터페이스의 경우, 이러한 차이가 발생하게 되면 데이터 전송이 전체적으로 불가능해지거나 전자 모듈을 파괴하기에 충분한 양의 전류가 생성될 수도 있다.
DC 평형 기법
용량성 디커플링을 구현할 때는 전송되는 데이터가 한 방향으로 너무 오랫동안 커패시터를 충전하지 않도록 해야 한다. 예를 들어, "하나의 체인"이 오랫동안 지속적으로 송신되는 경우를 들 수 있다. MAX9213이나 MAX9214와 같은 소자에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 "DC 평형" 기법이 사용된다. 이 방식에서는 전송된 데이터에서 지나치게 긴 체인이나 제로(Zero)인 곳은 없는지 모니터링하여 이러한 체인은 전송하기 전에 반전시킨다. 데이터가 수신기에 도달하면 다시 한 번 반전되어 원래의 형태를 되찾는 것이다. 그러므로 커패시터의 과다 충전을 피하기 위해서 송신기는 각 데이터 배치(Batch)가 정상적인지 혹은 반전되었는지를 수신기에 알린다.
1세대 LVDS 소자의 한 가지 단점은 필요한 데이터 전송률로 전송하기 위해 4개의 트위스트 페어 도선(8개 출력)이 필요하다는 것이다. 기계적인 비유연성 때문에 8개의 출력을 설치하기가 쉽지 않고, 한 쌍의 도선을 설치하는 것보다 비용이 훨씬 많이 든다. 따라서 이러한 문제가 2세대 LVDS 소자에서 개선되었다. MAX9217 및 MAX9218과 같은 IC(그림 2)에서는 한 쌍의 도선만을 사용하여 이미지 데이터와 클록을 전송한다.
이 소자들은 한 쌍의 도선에서 높은 클록 주파수로 동작하므로 1세대 소자보다 더 많은 데이터를 전송할 수 있다. 42MHz로 동작하는 소자가 곧 출시될 예정인데, 이 소자의 데이터 전송률은 1.15기가비트에 이른다. 이처럼 클록 주파수가 높아지면 방출되는 전자파의 양도 많아지므로 EMI를 최소화하기 위해 확산 스펙트럼 전송(Spread-Spectrum Technology)과 같은 기술이 사용된다. 확산 스펙트럼 기술은 낮은 디더(dither) 주파수에서 클록을 디더링하여 EMI 피크 에너지를 주파수 대역 전체에 확산시킨다. 전체적인 에너지 양은 동일하게 유지되므로 최대 EMI 진폭이 감소하는 것이다.
(그림 3)
2세대와 3세대소자
2세대 소자는 주로 대형 디스플레이 연결을 위해 설계되었다. 차량에 여러 대의 카메라를 연결하더라도 디스플레이를 위한 높은 데이터 전송률이 필요하지 않으므로, 3세대 맥심 LVDS 소자에는 낮은 클록 주파수에서 동작하며 병렬 버스의 너비를 줄인 소자가 포함될 것이다. 3세대 소자에 추가로 요구되는 것은(주로 카메라 연결에 사용되지만, 디스플레이에도 필요한) 제어 데이터(Control Data)의 전송이다. 이러한 데이터는 디스플레이의 밝기와 콘트라스트 또는 카메라의 감도를 설정하는데 사용된다. 현재의 시스템에서는 별도의 인터페이스(CAN, LIN, UART)가 사용되고 있는데, 이는 곧 부품, 케이블, 공간 및 비용의 증가로 이어지게 된다. 3세대 맥심 LVDS 소자는 LVDS 인터페이스를 통해 제어 데이터를 직접 전송하게 함으로써 별도의 인터페이스가 필요하지 않게 해 줄 것이다.
<자료제공: 월간 반도체네트워크 2006년 07월호>
튼튼한 비디오 인터페이스를 제공해주는 LVDS
비디오는 차량용 신호 형식으로 가장 빠른 성장을 보이고 있다. 차량용 비디오 디스플레이는 네비게이션 시스템을 위한 소형 스크린이 유일한 것이지만, 최근에는 비디오 소스, 디스플레이 및 관련 비디오 전송 라인에서 몇 가지 개발이 이루어지면서 그 이용이 크게 확대되고 있다.
글│토마스 바우만(Thomas Baumann), Maxim Integrated Products Inc.
오늘날 차량용 신호 형식으로 가장 빠른 성장을 보이고 있는 것은 단연 비디오이다. 불과 몇 년 전까지만 하더라도 차량용 비디오 디스플레이는 네비게이션 시스템을 위한 네비게이션 전자장치 부근에 설치된 소형 스크린이 유일한 것이었다. 고급 차량의 경우 동일한 디스플레이에 TV 신호가 표시될 수 있도록 신호 배열을 보충하는 정도였다. 그러나 비디오 신호는 TV 수신기로부터 상당한 거리를 두고 디스플레이로 전송되어야 했다. 이미지 정보 형식은 CVBS (Com-posite Video Baseband Signal)라고 하는 아날로그 비디오 신호였다.
확대되는 비디오 전송 라인
최근 들어 비디오 소스, 디스플레이 및 관련 비디오 전송 라인에서 몇 가지 개발이 이루어지면서 그 이용이 크게 확대되고 있다. 다음에서 이 개발품 중 몇 가지에 대해 살펴보고자 한다.
네비게이션 디스플레이는 해당 전자장치에서 분리한 후 운전사가 좀 더 편하게 볼 수 있는 위치에 설치할 수 있다. 이처럼 서브시스템을 분리하기 위해서는 추가 비디오 전송 라인이 필요하다. 오늘날에는 속도, rpm, 차량 상태 등이 표시되는 전자식 패널 및 뒷좌석에서 TV나 DVD를 시청할 수 있는 멀티미디어 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이가 차량에 장착되고 있다. 각 디스플레이에는 비디오 전송 라인이 필요하다.
미래의 차량에는 백미러와 사이드 미러용 카메라, 야간용 카메라, 도로 표시를 식별하는 카메라 등 운전자에게 도움을 줄 수 있는 다양한 카메라가 장착될 것이다. 여기에서도 역시, 각 카메라를 디스플레이로 연결하기 위한 비디오 전송 라인이 필요하게 된다.
차량 내 전송 라인이 많아지고 특히 각 라인의 길이가 길어질수록 아날로그 CVBS 신호 전송에는 점점 더 많은 문제점들이 생겨나게 된다. 이 신호 형식은 특히 차량에서 발생할 수 있는 전자파 방해에 대한 저항력이 없으며, 화면이 크고 해상도가 높은 디스플레이가 등장하면서 비디오 신호 간섭은 훨씬 더 두드러지고 있다.(이러한 간섭의 한 예가 다중경로 효과이다.)
간섭의 최소화 방안
비디오 간섭을 최소화할 수 있는 한 가지 방안은 아날로그 신호 대신 디지털 신호를 사용하는 것이다. 하지만 간섭의 원인이 비디오 라인에만 있는 것이 아님을 기억해야 한다. 디지털 비디오 전송을 위한 인터페이스로는 저전압 차동 신호(LVDS: Low-Voltage Differential Signaling)가 가장 적합한 것으로 밝혀진 바 있다. 낮은 신호 진폭(0.35V)과 차동 구조 덕분에 LVDS 라인은 전자파 방사를 최소화하기 위한 가장 유리한 조건을 가지게 되는 것이다.
현재의 차량에 사용되고 있는 MAX-9213과 MAX9214와 같은 제1세대 소자는 클록 출력 1개와 데이터 출력 3개를 제공하여 네비게이션 디스플레이를 LVDS 송신/수신 소자와 연결해준다(그림 1).
z3개의 병렬 출력은 이미지 전송에 필요한 데이터 전송률을 달성하기 위한 것이며, 클록 출력은 전송을 동기화하는 데 사용된다.
LVDS버전으로는 구할 수 없지만, 이러한 1세대 시스템의 중요한 기능은 출력을 용량성으로 디커플링하는 옵션이다. 용량에 따른 디커플링을 통해 송신기와 수신기 간의 그라운드 오프셋 문제를 방지할 수 있다. DC 결합 인터페이스의 경우, 이러한 차이가 발생하게 되면 데이터 전송이 전체적으로 불가능해지거나 전자 모듈을 파괴하기에 충분한 양의 전류가 생성될 수도 있다.
DC 평형 기법
용량성 디커플링을 구현할 때는 전송되는 데이터가 한 방향으로 너무 오랫동안 커패시터를 충전하지 않도록 해야 한다. 예를 들어, "하나의 체인"이 오랫동안 지속적으로 송신되는 경우를 들 수 있다. MAX9213이나 MAX9214와 같은 소자에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 "DC 평형" 기법이 사용된다. 이 방식에서는 전송된 데이터에서 지나치게 긴 체인이나 제로(Zero)인 곳은 없는지 모니터링하여 이러한 체인은 전송하기 전에 반전시킨다. 데이터가 수신기에 도달하면 다시 한 번 반전되어 원래의 형태를 되찾는 것이다. 그러므로 커패시터의 과다 충전을 피하기 위해서 송신기는 각 데이터 배치(Batch)가 정상적인지 혹은 반전되었는지를 수신기에 알린다.
1세대 LVDS 소자의 한 가지 단점은 필요한 데이터 전송률로 전송하기 위해 4개의 트위스트 페어 도선(8개 출력)이 필요하다는 것이다. 기계적인 비유연성 때문에 8개의 출력을 설치하기가 쉽지 않고, 한 쌍의 도선을 설치하는 것보다 비용이 훨씬 많이 든다. 따라서 이러한 문제가 2세대 LVDS 소자에서 개선되었다. MAX9217 및 MAX9218과 같은 IC(그림 2)에서는 한 쌍의 도선만을 사용하여 이미지 데이터와 클록을 전송한다.
이 소자들은 한 쌍의 도선에서 높은 클록 주파수로 동작하므로 1세대 소자보다 더 많은 데이터를 전송할 수 있다. 42MHz로 동작하는 소자가 곧 출시될 예정인데, 이 소자의 데이터 전송률은 1.15기가비트에 이른다. 이처럼 클록 주파수가 높아지면 방출되는 전자파의 양도 많아지므로 EMI를 최소화하기 위해 확산 스펙트럼 전송(Spread-Spectrum Technology)과 같은 기술이 사용된다. 확산 스펙트럼 기술은 낮은 디더(dither) 주파수에서 클록을 디더링하여 EMI 피크 에너지를 주파수 대역 전체에 확산시킨다. 전체적인 에너지 양은 동일하게 유지되므로 최대 EMI 진폭이 감소하는 것이다.
(그림 3)
2세대와 3세대소자
2세대 소자는 주로 대형 디스플레이 연결을 위해 설계되었다. 차량에 여러 대의 카메라를 연결하더라도 디스플레이를 위한 높은 데이터 전송률이 필요하지 않으므로, 3세대 맥심 LVDS 소자에는 낮은 클록 주파수에서 동작하며 병렬 버스의 너비를 줄인 소자가 포함될 것이다. 3세대 소자에 추가로 요구되는 것은(주로 카메라 연결에 사용되지만, 디스플레이에도 필요한) 제어 데이터(Control Data)의 전송이다. 이러한 데이터는 디스플레이의 밝기와 콘트라스트 또는 카메라의 감도를 설정하는데 사용된다. 현재의 시스템에서는 별도의 인터페이스(CAN, LIN, UART)가 사용되고 있는데, 이는 곧 부품, 케이블, 공간 및 비용의 증가로 이어지게 된다. 3세대 맥심 LVDS 소자는 LVDS 인터페이스를 통해 제어 데이터를 직접 전송하게 함으로써 별도의 인터페이스가 필요하지 않게 해 줄 것이다.
<자료제공: 월간 반도체네트워크 2006년 07월호>
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