[기술기고] 자동차 단거리 무선연결을 위한 블루투스 저에너지 적용하기

  • 2020-03-09
  • 글 / 솔라 슬라우(Shola Slough), 온세미컨덕터 제품 마케팅 전문가




글 / 솔라 슬라우(Shola Slough), 온세미컨덕터 제품 마케팅 전문가

온세미컨덕터의 NCV-RSL10 제품은 블루투스 5로 인증된 무선 SoC로서 자동차 애플리케이션에 적합하다. 이 제품은 낮아진 전력 소비량을 피크 수신모드와 초절전(deep sleep)모드에서 제공하며, 초절전 모드에서는 3V 전력 공급을 기준으로 25nA (I/O wake-up)정도만을 사용한다.



자동차 산업에서 단거리 무선연결이 독점적 RF 솔루션에서 블루투스 저에너지와 같은 표준 솔루션으로 이동하는 독특한 패러다임 변화를 겪고 있다.

블루투스 저에너지의 유비쿼터스적 특성은 문자 그대로 모든 사물이 스마트폰에 연결된다는 의미이며, 요즘은 이러한 사실이 상상력을 요하는 일이 아니다. 이 추세는 자연스럽게 자동차 산업에도 이어졌고, 여러 흥미로운 자동차 기능까지 적용되었다. 사실상 스마트폰은 빠르게 자동차 시스템의 일부가 되어가고 있으며, 이는 다시 말해 차량 내부에도 블루투스 저에너지와 같은 일반적 무선 솔루션이 장착되어야 한다는 의미다.

사용되는 무선기술 선택에 있어 변화가 있는 반면, 타이어 공기압 감지시스템(TPMS), 자동차 리모컨(Key Fob), 스마트폰 기반 디지털 키(Phone-as-a-Key) 등의 애플리케이션에 필요한 기술 필수요건은 여전히 남아 있다. 이는 다음과 같다,

•신뢰할 수 있는 통신
•짧은 지연시간(latency)
•사용 중 극도로 낮은 전력 소비량
•배터리를 소모하지 않으면서도 작동 상태 유지


블루투스 저에너지는 이러한 필수 요건들을 충족하며 자동차 산업에서 자동차 리모컨 등의 애플리케이션으로 강점을 충분히 보여줄 수 있다. 자동차 리모컨은 작고 휴대할 수 있으며 일반적으로 수 년간 사용이 가능하도록 배터리 수명이 길어야 한다. 이러한 애플리케이션들은 대부분의 시간을 ‘아무것도 하지 않는 것’으로 보이지만, 사실은 절전 모드로 설정돼 있으며 필요한 시간에 가능한 거리 내에 있으면 언제든 차량과 통신을 할 준비가 돼있다. 따라서, 저에너지 무선작동이 되는 것이 중요할 수밖에 없다.

차량의 문을 열기 위해 버튼을 누르는 경우, 반응 속도의 차이를 인지하지 못할 정도로 신속하게 작동하여 사용자가 통제하고 있다고 느낄 수 있도록 해야 한다. 따라서 위에서 언급한 짧은 지연시간과 신뢰할 수 있는 통신도 꼭 필요한 전제조건이 된다. 또한, 블루투스의 유비쿼터스적 특성은 자동차 리모컨을 휴대폰으로 대체하여 사용할 수 있는 흥미로운 기회를 제공한다.



신뢰할 수 있는 통신


최근 자동차 리모컨은 차량의 문을 열고 닫는 용도로만 쓰이지 않는다. 넓은 주차장에서 차량을 찾거나 추운 겨울에는 원격으로 차량의 시동을 켜서 미리 내부를 따뜻하게 해 놓을 수도 있다. 운전자가 항상 차량과 가장 가까이 있을 수는 없으므로 자동차 리모컨과 차량 간의 커뮤니케이션은 멀리 떨어진 경우와 사람, 차량 및 기타 장애물에 의해 통신이 일부 차단된 경우까지도 포함하여 신뢰할 수 있어야 한다. 블루투스 저에너지는 수십 미터의 방해받지 않는 송수신자 간에 교신 가능한(line-of-sight) 통신 범위를 가지고 있으며, 이 정도의 거리는 일반적인 주차장 규모에 적당한 통신 범위 이상이다.

신뢰성의 또다른 측면은 반응 속도로 측정할 수 있다. 요즘의 구매자들은 거의 즉각적인 반응을 기대하므로 블루투스 저에너지 통신은 작동 중에 아주 짧은 지연시간이 소요되도록 해야 한다. 열림 버튼을 누르고 차량의 문이 열리는 데까지의 시간차이를 운전자가 인지할 수 없어야 한다.

블루투스 저에너지가 아주 짧은 지연시간만이 소요될 수 있는 이유는 블루투스 저에너지 시스템 상에서 연결된 장치들이 실질적으로 언제나 작동 상태를 유지하기 때문이다. 연결된 장치들이 사용되지 않을 때는 저전력모드(절전모드)로 전환될 수는 있다. 절전모드에서 깨어나 다시 작동하는 것이 꺼진 상태에서 다시 작동하는 것보다 훨씬 빠르기 때문이다. 그러나, 항상 작동상태를 유지하는 장점이 전력 소비라는 희생을 치르고 얻어져서는 절대 안된다.

낮은 전력소비량

블루투스 저에너지라는 이름에서 알 수 있듯이 이는 매우 적은 전력을 사용하는 무선통신이다. 이는 이미 한정된 전력 공급으로 작동하는 배터리 기반 가전제품에서 성공을 거두었으므로 이제 자동차 산업으로 확장되는 것은 피할 수 없는 일이다.

자동차 리모컨의 경우, 운전자들은 평균 하루에 20번 버튼을 누르는 것으로 나타났고, 한 번 누를 때 약 6.2ms가 소요되어 하루에 총 124ms 동안 작동한다. 나머지 시간은 수동 저에너지모드 상태로 유지된다. 이 기간 동안 리모컨은 반드시 전력 소비량을 최소화해 배터리를 소모시키지 않아야 한다.



또한, 리모컨이 작동 중일 때는 전력 소비량을 최대한 낮게 유지하여 리모컨의 (통상) 3V 코인 셀 배터리의 수명을 늘려야 한다. 자동차 배터리는 이보다 크고 더 강력하지만, 자동차 리모컨은 차량의 시동이 꺼져 있는 동안에도 차량의 문을 열고 닫는 작업을 할 수 있어야 한다. 엔진이 작동하지 않는 동안의 작업이므로 이 작업은 배터리가 재충전할 수 없는 상태에서 여유분의 전류를 끌어온다. 자동차 리모컨 트랜시버는 시계, 엔진 컴퓨터의 내부 메모리, 라디오 프리셋과 같은 기타 시스템에 더하여 시동이 꺼진 상태에서 배터리 전류를 끌어오는 것이므로 전력을 매우 절약해야 한다.

기타 고려 사항

블루투스 저에너지 무선 시스템 온 칩(SoC) 장치들은 현재 손쉽게 구할 수 있고, 많은 글로벌 공급사들이 제조하고 있다. 다수의 공급사가 존재한다는 사실과 그에 따른 필연적인 가격 경쟁 덕분에 블루투스 저에너지 무선제품은 단거리 무선통신용 독점적인 장치에 비하면 저렴한 비용의 일반적인 솔루션이 되었다.

게다가 블루투스 저에너지 장치는 소형 사이즈와 가벼운 무게의 제품들이므로 차량의 부피나 무게를 늘리지 않는다. 자동차 산업에서는 부피나 무게가 중요한 고려 사항이며, 차량에서 1그램 및 1세제곱 밀리미터가 덜어지면 전비중량이 감소하고 연비를 향상시키게 되는 관점에서 그 가치가 높다.

자동차 산업에서 블루투스 저에너지가 도입된 또다른 중요한 고려사항은 보안이다. 페어링과 키 생성부터 정보 교환까지 블루투스 저에너지는 시작부터 무선통신의 안전한 방법을 제공하기 위해 설계되었다. 아무도 본인의 차량 문이 타인의 자동차 리모컨이나 핸드폰으로 열리는 것을 바라지는 않는다!

이러한 장점들이 모두 합쳐져 자동차 애플리케이션 근거리 무선통신에서 블루투스 저에너지가 유리한 선택이 되도록 하는 것이다.
온세미컨덕터의 NCV-RSL10 제품은 블루투스 5로 인증된 무선 SoC로서 자동차 애플리케이션에 적합하다. 이 제품은 낮아진 전력 소비량을 피크 수신모드와 초절전(deep sleep)모드에서 제공하며, 초절전 모드에서는 3V 전력 공급을 기준으로 25nA (I/O wake-up)정도만을 사용한다.

NCV-RSL10 제품은 관련 산업에서 초저전력 소비로 선두적인 위치를 차지하고 있으며 주 차량 배터리가 거의 소모되지 않도록 하고, 배터리의 수명을 늘려주며 (차량 혹은 자동차 리모컨), (자동차 리모컨 내의) 작아진 배터리 덕분에 제품 사이즈가 더 작아지게 하고, 자동차 TPMS 에너지 하베스팅을 제공한다.

자동차 애플리케이션에서 사용되는 장치에 대해 다른 주요 고려 사항은 보안 기능과 안전 기준 및 높은 신뢰도 요건을 충족할 수 있는 능력이다. NCV-RSL10은 7mm×7mm QFN 패키지에 웨터블 플랭크(wettable flank)를 포함해 제조사와 OEM이 조립 후 자동 외관검사를 가능하게 해준다. AVI(Automatic post-assembly visual inspection)라고 불리는 이 검사는 흔한 필수 요건이며 생산 공정 절차 중에 하나다. SoC는 또한 내장된 AES128 암호화 가속기로 민감한 정보를 보호하고, AEC-Q100 등급 2로 인증되어 -40℃에서 105℃까지 온도에서도 작동이 가능하다.
 

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