근접센서와 주변광센서를 통합하여 패키징하는 데에는 여러 가지 이유가 존재한다. 단일 패키지에 주변광센서와 근접센서를 통합할 경우 다양한 장점을 찾을 수 있다. 동일한 시스템 블록을 통한 백라이트 및 인터페이스 디밍 또는 셧다운으로 전력 절감을 가능하게 한다. 또한 공간을 최소화하여 복잡성을 줄여준다.

글 |
타마라 슈미츠(Tamara Schmitz) 선임 애플리케이션 엔지니어 겸 글로벌 교육 코디네이터
인터실(Intersil Corp.)

주변광센서는 주위의 빛을 측정하는 시스템으로, 마치 사람의 눈처럼 작동한다. 만약 제품이 실내에 있다면 실내조명이 되고, 반대로 실외에 있다면 햇빛에서는 조명이 밝아지고 그늘에서는 어둡게 될 것이다. 빛의 양은 LED를 통해 측정되고, 시스템의 화면 조정을 위해 정량화된다. 만일 주위의 빛이 밝다면 화면의 백라이트는 최고 밝기로 작동하고, 어두워지면 백라이트가 줄어들어 소모 전력을 줄인다. 그리고 이는 사용자에게도 편리함을 준다. 어두운 방에서 밝은 빛을 직접 쳐다 본 경험이 있는가? 사람의 눈은 과도한 자극에 쉽게 피로감을 느끼기 때문에, 주변광센서에 의한 디밍 기능은 환영 받을만하다. 문제는 실리콘 다이오드가 광범위한 파장 스펙트럼에 반응한다는 것이다. 주변광센서는 사람의 눈을 모방하도록 설계되어야 한다. 특히 대부분의 광원은 적외선 파장에 에너지를 지니기 때문에, 필터링은 센서 품질 측정의 중요한 지표 중 하나가 된다(광원 또한 열을 발산한다는 사실을 생각해보자). 그림 1은 이와 같은 필터링을 설명해 준다. 인터실의 ISL29028A는 사람의 눈과 비교하여 주변광센서에 가장 잘 맞는 필터링을 제공한다.



근접센서는 적외선 신호를 측정한다. 근접센서는 주위 영역에서 유입되는 신호 대신에 외부 적외선 LED를 구동시킨다. 이 LED로부터 발생하는 신호는 근접센서 위로 바로 방출된다. 만일 어떤 사물이 적외선 방사 경로에 들어오면, 일부는 센서로 다시 반사되어 돌아올 것이다. 또한 근접센서 내 또 다른 LED는 반사된 빛을 받아들일 준비가 되어 있다. 이로 인해 시스템은 사람 또는 사물이 가까이 다가오는 것에 반응한다. 이러한 기능의 좋은 예는 휴대전화에서 찾아볼 수 있다. 사용자들은 자신의 귀에 전화기를 대고 있을 때 볼로 인해 버튼이 눌리거나 전화가 끊기길 원치 않는다. 이는 사용자가 귀 근처로 휴대전화를 가까이 할 때 터치스크린을 꺼버림으로써 해결될 수 있다. 그리고 바로 근접센서가 휴대전화에서 이와 같은 기능을 담당하고 있다.
주변광센서와 근접센서는 이처럼 별개의 시스템이지만 하나의 패키지로 통합될 수 있다. 반도체 기업들은 더 많은 기능과 시스템을 통합하는 것에 지나치게 흥분해 있는 것일까? 아니면 주변광센서와 근접센서를 통합하는데 실제적인 장점이 존재하는 것일까?
이들은 두 개의 개별적인 시스템이긴 하지만 모두 LED 감지를 활용하는 광학 시스템이다. 두 시스템은 외부의 정보를 수집하여 정량화시키고 이를 시스템에 공급한다. 현재 대부분의 시스템은 화면의 백라이트 조정을 위해 이 정보를 사용한다. 향후에 이러한 정보들은 더욱 많은 시스템 기능 제어에 쉽게 사용될 수 있을 것이다.
물론 공간을 절약하고 공급량을 공유하며 우회하는 전원공급기를 결합시키는 것이 편리하긴 하다. 솔루션의 크기는 많은 시스템에서 매우 중요한 변수이며, 특히 휴대 시스템에는 더욱 그러하다. 근접센서와 주변광센서의 통합 패키징은 더욱 작고 향상된 기능의 휴대전화 개발을 가능하게 한다.
다음 이유는 다소 미묘한 사항인 ‘위치’이다. 근접센서와 주변광센서는 모두 적절한 작동을 위해 외부와 접속할 필요가 있으므로 시스템 내 이들의 위치는 감도와 정확한 작동에 밀접한 관계가 있다. 경우에 따라서 주변광센서는 단독으로 패키징 되는데, 이 경우 센서는 시스템 내 깊숙한 곳(스피커 스크린 후면 혹은 근접한 외부 접속 지점에서 더 멀리 떨어진 인쇄회로기판)에 위치한다. 이는 주변광센서가 간접광에 더욱 민감하게 반응하도록 만든다. 빛의 세기는 럭스(Lux)로 측정되며, 태양광은 100,000럭스를 넘어서는데 반해, 이러한 주변광센서는 0.001럭스를 검출할 수 있다. 이는 촛불 밝기보다 훨씬 작은 값이다. 그림 2는 다양한 광원에 대한 실제 럭스 값을 보여준다.
하나의 패키지에 근접센서와 주변광센서를 통합하는 것의 마지막 장점은 둘 사이의 빠르고 완전한 통신을 가능하게 한다는 것이다. 주변광센서를 설명하기 시작하면서 센서가 사람의 눈을 모방해야 한다고 언급했던 내용을 기억해보자. 사람의 눈은 적외선을 보지 못하므로 주변광센서는 적외선 파장 내 가능한 많은 에너지를 제거하도록 특별히 설계되었다. 또한 근접센서는 적외선 스펙트럼 내에서 정밀하게 동작한다는 사실도 기억하자. 근접센서는 측정을 시도할 때 주변 객체에 의해 적외선이 반사되리라는 희망을 갖고 적외선을 방출한다. 이 때 적외선 에너지는 주변광센서 입력을 쉽게 압도하여 잘못된 측정을 하게 되며, 주변광센서는 실제 주위에 존재하는 것보다 많은 양의 빛 에너지를 측정하게 된다. 이러한 이유로 주변광센서와 근접센서의 동작을 조정하는 것은 필수적이다. 이는 마이크로컨트롤러로 이루어질 수 있으며, 단일 패키지에 이러한 조정법을 구현하면 더욱 간단하면서 작은 풋프린트를 얻게 된다. 이 패키지는 주변광센서와 근접센서를 모두 포함한다.
결론적으로 단일 패키지에 주변광센서와 근접센서를 통합할 경우 다양한 장점을 찾을 수 있다. 두 센서는 모두 동일한 시스템 블록을 통한 백라이트 및 인터페이스 디밍 또는 셧다운으로 전력 절감을 가능하게 한다. 또한 통합 패키징은 공간을 최소화하여 복잡성을 줄여준다. 두 센서는 시스템 외부에 접속해야 하므로 유사한 장소에 위치하고 싶어 한다. 마지막으로 근접센서 시스템의 간섭 신호는 주변광센서에 혼란을 가져올 수 있으므로 둘 사이의 조정이 매우 중요하다. 이와 같은 이유들은 근접센서와 주변광센서의 통합 패키징에 큰 장점이 존재한다는 사실을 말해준다.