Kionix의 고정밀도 전자 컴퍼스 솔루션

2014-12-11
김창수 기자, cskim@elec4.co.kr

글 | 로옴 세미컨덕터

최근 전자 컴퍼스 시장의 기대가 높아짐에 따라 로옴 그룹의 키오닉스(Kionix)는 3축 지자기 센서와 3축 가속도 센서를 같은 패키지에 실장한 소형·초저소비전력의 6축 콤보 센서 ‘KMX61’을 선보였다.
꿈틀대는 전자 컴퍼스

오늘날 방위자석 대신 MEMS 자기 센서를 사용해 지자기를 검지하고 방위를 판정하는 ‘전자 컴퍼스’ 기능을 탑재한 제품이 증가하고 있다. 대표적으로는 스마트폰과 태블릿 등의 모바일 기기 및 아웃도어 용도의 디지털시계, 내비게이션 기기가 있다. 전자 컴퍼스는 GPS 기능 및 지도 정보를 조합해 이용하는 경우가 많으며 고객의 방향을 인식한 후 고정밀도 내비게이션 및 고객의 진행 방향에 따른 주변 시설 정보 및 광고를 표시하는 애플리케이션 실현에 이바지하고 있다.

전자 컴퍼스에 이용되는 자기 센서로는 3축 타입으로 X(좌우), Y(전후), Z(상하)의 3축 각각에 대해 지자기의 방향을 판정할 수 있다. 이 타입은 전후좌우만을 판정하는 2축 타입보다 사용 기기가 수평 상태가 아니더라도 정확한 방위를 판정할 수 있다는 장점이 있다. 또한 지자기 센서를 가속도 센서와 조합·사용함으로써 사용 기기의 중력 가속도에 대한 경사각을 검출하여 기기가 어떤 각도와 위치에 있더라도 정확한 방위를 나타낼 수 있다. 이 가속도 센서와 지자기 센서를 더욱 간단하고 작은 공간에서 사용하기 위해 3축 가속도 센서와 3축 지자기 센서를 같은 패키지에 실장한 통칭 ‘6축 콤보 센서’에 대해 소개한다.

MI 방식 채용
KMX61은 3축 지자기 센서 MEMS와 3축 가속도 센서 MEMS, 제어 ASIC으로 구성됐으며 3 x 3 x 0.9 mm, 16 Pin의 싱글 LGA 플라스틱 패키지에 실장된 6축의 전자 컴퍼스용 솔루션이다. 특히 기존의 Hall 방식이나 MR 방식보다 새로운 세대인 MI(Magnet Impedance) 방식을 채용한 고감도 자기 센싱(0.05 μT/count)을 실현했다.
MI 방식은 나노 테크놀로지로 실현한 특수한 전자스핀 배열의 어모퍼스 와이어에 펄스 전류를 통전하여 초미세 자계를 검지하는 제3세대의 자기 센서 방식이다(그림1).
MI 방식의 자기 센서는 기존의 홀(Hall) 방식 자기 센서보다 1만 배 이상의 고감도로, 수평 자장 성분이 작아지기 쉬운 고경도 지역에서도 방위 오차 1 ° 이내의 고정밀도 방위 검출을 할 수 있다. 또한 MI 방식은 저소비전력, 짧은 계측 시간이라는 특징으로 기존의 1/6의 소비전류, 1/28의 계측 시간으로 자기 센싱할 수 있어 모바일 기기, 웨어러블 기기 등의 전력 제약이 까다로운 애플리케이션에 적합하다.

KMX61의 특징
KMX61은 MI 방식을 채용한 지자기 센서 MEMS, 풍부한 시장 실적을 지닌 가속도 센서 MEMS, 다양한 기능을 탑재한 ASIC으로 구성됐다. 동작 조건은 전원전압 1.8 ~ 3.3 V, 동작온도 -40 ~ ＋85 ℃이다. 지자기 센서의 자기 계측 범위는 ±1200 μT, 가속도 센서의 계측 가속도 범위는 ± 2 g/±4 g/±8 g에 대응하며 고객에 따라 설정할 수 있다.

ASIC은 표준적인 0.18 μm CMOS 기술로 실현했으며 I2C 통신으로 액세스할 수 있는 14bit 디지털 출력을 갖췄다. 또한 워터마킹(디지털 워터마크) 기능과 512Byte FIFO 버퍼를 탑재하여 센서 데이터를 내부에서 캐싱할 수 있으므로 요구에 따라 호스트 MCU로부터 액세스 빈도를 낮춰 시스템의 소비전력을 줄일 수 있다.

기타 기능으로는 캘리브레이션용 내장 온도 센서 및 웨이크업 등의 상태 검출 인터럽트, 셀프 테스트 등이 탑재됐다. 또한 KMX61은 주위의 환경 자기를 검출하여 독립 알고리즘으로 보정하는 캘리브레이션 소프트웨어를 지원하여 온도에 대한 안정성(±0.05％/℃)을 확보했다. 본 소프트웨어를 고객의 호스트 환경에 심리스(seamless)로 내장하기 위해 Windows8ⓡ 및 안드로이드에 대응한 각 드라이버 소프트웨어를 제공할 뿐만 아니라 OS가 탑재되지 않은 마이크로컨트롤러 환경에 대해서도 일부 고객용으로 지원을 하고 있다. 이처럼 KMX61은 소용량 배터리 또는 버튼 전지로 구동하는 모바일, 웨어러블 기기에 대해 매우 유효한 전자 컴퍼스 솔루션이다.
한편 로옴 그룹은 그룹사인 라피스 세미컨덕터 및 Kionix와 함께 근접·조도·UV 등 주변 환경을 실시간으로 검출하는 필드 센싱 디바이스 및 가속도·지자기·압력 등 위치 및 동작을 정확하게 검출하는 모션 센싱 디바이스를 포함한 센서 라인업을 갖추고 있다. 또한 센서 네트워크 구축에 필요한 무선 통신 모듈 및 전원 디바이스, 여러 개의 센서를 제어할 수 있는 전용 마이크로 컨트롤러 등 각종 주변 디바이스를 출시하고 있다.