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金年会官方在线入口网站 Value 영상과 전력을 무선으로 전송하는 임베디드 카메라 개발 데모 키트 MIPI CSI-2 시리얼 인터페이스 IC 채택
2024.10.08
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의료기기나 반도체 제조장치, 검사장비, 자동판매기, 로봇 등의 산업용 전자기기 (산업기기). 이러한 산업기기의 개발 현장에서는 영상/화상신호나 제어신호 등을 전송 하는 시리얼 인터페이스와 관련하여 다양한 '고민'을 안고 있다.
당사(자인일렉트로닉스)는 크게 7가지의 고민이 있다고 본다 ① 전기적 절연 확보, ② 커넥터 접합부의 기계적 스트레스 해소, ③ 공장의 검사 공정에서 커넥터의 접속 불량 이나 장기간사용으로 인한 열화로부터의 해방, ④ 조립방법의 간소화에 의한 생산성 향상, ⑤ 신속한 검사에 의한 생산성 향상, ⑥ 방수/방진/방염 설계의 실현, ⑦ 탈착 가능한 카메라 및 모니터의 디자인 실현 등 7가지金年会官方在线入口网站(자세한 내용은 '비접촉식 커넥터로 신호 라인의 고민을 해결, 시리얼 인터페이스 IC와 근거리 무선 IC로 실현'을 참조).
사실 이 7가지 고민은 모두 유선으로 보내는 시리얼 인터페이스를 무선 전송으로 대체 하면 해결할 수 있는 문제들金年会官方在线入口网站. 게다가 그뿐만이 아니다. 무선 전송을 통해 새로운 애플리케이션을 창출할 수 있는 가능성도 있다. 다만, '시리얼 인터페이스 하면 유선' 이라는 이미지가 매우 강하다. 이를 무선전송으로 대체하는 것에 대해 망설이는 엔지니어도 적지는 않을 것金年会官方在线入口网站.
이에 당사는 시리얼 인터페이스의 무선 전송화 이미지를 알기 쉽게 전달하기 위해 각종 데모 키트를 개발하고 있다. 이를 입수하여 검증/검토 작업을 진행하면 어떤 문제를 해결할 수 있는지, 어떤 성능/특성을 얻을 수 있는지, 어떻게 사용할 수 있는지 등의 정보를 얻을 수 있다. 문서 기반의 정보만으로는 알 수 없는 부분도 한 눈에 파악할 수 있는 것金年会官方在线入口网站. 게다가 데모 키트는 케이블만 연결하고 전원을 켜면 바로 개념검증(PoC: Proof of Concept)에 착수할 수 있다는 장점도 있다.
이미 당사는 여러 가지 데모 키트 개발을 완료했다. 예를 들어, 모터 제어부와 모터 구동부를 연결하는 시리얼 인터페이스를 무선으로 전송하는 데모 키트金年会官方在线入口网站. 모터 제어부에는 로터리 엔코더가 연결되어 있고, 작업자가 이 노브를 움직이면 회전량을 나타내는 디지털 신호를 무선 전송으로 모터 구동부에 전달하여 실제로 모터를 구동하는 방식金年会官方在线入口网站. 또한, 탈착식 카메라를 위한 데모 키트도 준비하고 있다. 카메라를 탑재한 보드를 무선 수신기가 탑재된 보드에 가까이 가져가기만 해도 영상 신호를 모니터 측에 무선으로 전송할 수 있는것金年会官方在线入口网站. 전자기기 본체에서 카메라를 떼어내어 활용하는 등의 사용을 상정하고 있다.
당사(자인일렉트로닉스)는 크게 7가지의 고민이 있다고 본다 ① 전기적 절연 확보, ② 커넥터 접합부의 기계적 스트레스 해소, ③ 공장의 검사 공정에서 커넥터의 접속 불량 이나 장기간사용으로 인한 열화로부터의 해방, ④ 조립방법의 간소화에 의한 생산성 향상, ⑤ 신속한 검사에 의한 생산성 향상, ⑥ 방수/방진/방염 설계의 실현, ⑦ 탈착 가능한 카메라 및 모니터의 디자인 실현 등 7가지金年会官方在线入口网站(자세한 내용은 '비접촉식 커넥터로 신호 라인의 고민을 해결, 시리얼 인터페이스 IC와 근거리 무선 IC로 실현'을 참조).
사실 이 7가지 고민은 모두 유선으로 보내는 시리얼 인터페이스를 무선 전송으로 대체 하면 해결할 수 있는 문제들金年会官方在线入口网站. 게다가 그뿐만이 아니다. 무선 전송을 통해 새로운 애플리케이션을 창출할 수 있는 가능성도 있다. 다만, '시리얼 인터페이스 하면 유선' 이라는 이미지가 매우 강하다. 이를 무선전송으로 대체하는 것에 대해 망설이는 엔지니어도 적지는 않을 것金年会官方在线入口网站.
이에 당사는 시리얼 인터페이스의 무선 전송화 이미지를 알기 쉽게 전달하기 위해 각종 데모 키트를 개발하고 있다. 이를 입수하여 검증/검토 작업을 진행하면 어떤 문제를 해결할 수 있는지, 어떤 성능/특성을 얻을 수 있는지, 어떻게 사용할 수 있는지 등의 정보를 얻을 수 있다. 문서 기반의 정보만으로는 알 수 없는 부분도 한 눈에 파악할 수 있는 것金年会官方在线入口网站. 게다가 데모 키트는 케이블만 연결하고 전원을 켜면 바로 개념검증(PoC: Proof of Concept)에 착수할 수 있다는 장점도 있다.
이미 당사는 여러 가지 데모 키트 개발을 완료했다. 예를 들어, 모터 제어부와 모터 구동부를 연결하는 시리얼 인터페이스를 무선으로 전송하는 데모 키트金年会官方在线入口网站. 모터 제어부에는 로터리 엔코더가 연결되어 있고, 작업자가 이 노브를 움직이면 회전량을 나타내는 디지털 신호를 무선 전송으로 모터 구동부에 전달하여 실제로 모터를 구동하는 방식金年会官方在线入口网站. 또한, 탈착식 카메라를 위한 데모 키트도 준비하고 있다. 카메라를 탑재한 보드를 무선 수신기가 탑재된 보드에 가까이 가져가기만 해도 영상 신호를 모니터 측에 무선으로 전송할 수 있는것金年会官方在线入口网站. 전자기기 본체에서 카메라를 떼어내어 활용하는 등의 사용을 상정하고 있다.
3레인 무선전송이 가능
이러한 데모 키트군에 새로운 개발품 '비접촉식 카메라 어댑터'를 추가하였다 (그림 1).
이 데모 키트는 카메라 모듈과 그래버 보드(이미지처리 장치)를 연결하는 시리얼 인터페이스를 무선으로 전송하는 용도를 위한 것金年会官方在线入口网站. 기본 기능만 비교하면 앞서 언급한 탈착식 카메라용 데모 키트와 상당히 유사하다. 하지만 거기에는 없는 특징을 여러가지 넣었다. 아래에서 그 내용을 자세히 설명해보자.
우선 데모 키트의 시스템 구성부터 소개해보자(그림 2). 카메라 모듈에서 출력된 MIPI CSI-2 형식의 영상 신호는 시리얼 인터페이스 IC(트랜스미터 IC) '金年会官方在线入口网站CV241A'가 탑재된 송신 보드에 입력된다. 이 IC를 통해 시리얼(V-by-One HS) 형식의 영상 신호로 변환한다. 그런다음 60GHz의 밀리미터파 무선 전송으로 수신 보드에 전송하고, 거기서 시리얼 인터페이스 IC(리시버 IC) '金年会官方在线入口网站CV242A'에서 MIPI CSI-2 신호로 다시 변환하여 그래버 보드로 보내는 구조이다.
새로운 데모 키트의 가장 큰 특징은, 무선 전송 레인을 3개로 구성한 것金年会官方在线入口网站. 3개 레인 중 2개는 영상 신호를 전송하는 메인 채널용이며, 레인당 최대 데이터 전송 속도는 4Gbps에 달한다. 이로인해 2레인을 사용하면 800만 화소(8M 픽셀), 60프레임/초의 영상 신호(최대 7.2Gbit/s)를 보낼 수 있다. 다른 1개 레인은 제어 신호를 보내는 서브 채널용金年会官方在线入口网站. 반이중 통신을 지원한다. 제어 신호는 카메라 모듈과 시리얼 인터페이스 IC, 그래버 보드를 작동시키기 위해 필요한 각종 설정과 환경 구축에 필수적金年会官方在线入口网站.
밀리미터파를 이용한 무선 전송에는, 한국의 센서뷰(S金年会官方在线入口网站sorview Co., LTD)가 제품화한 밀리미터파 통신모듈을 채택했다. 메인 링크용 2레인에서 사용하는 모듈은 'SAM3', 서브 링크용은 'B2266'이다(그림 3).
'SAM3'는, 그림 4 왼쪽과 같이 Face to Face형식으로 무선 전송을 한다. 즉, 송신보드와 수신 보드를 겹쳐서 두 개의 SAM3 사이에서 데이터를 전송한다. 이 외에도 한국센서뷰는 Side to Side형식의 무선 전송을 위한 밀리미터파 통신 모듈 'SAM4'를 준비하고 있다. 이를 사용하면 송신 보드와 수신 보드를 나란히 배치하여 두 개의 SAM4 사이에 데이터를 전송할 수 있다(그림 4 오른쪽). 두 모듈 모두 밀리미터파 통신 칩으로 STMicroelectronics의 'ST60A2'를 내장하고 있으며, S金年会官方在线入口网站SORVIEW가 독자 개발한 소형 패치 안테나를 조합하였다.
이 외에도 송신 보드에서 수신 보드로 전력을 무선으로 공급하는 기능도 탑재했다. 즉, 수신 보드에 유선으로 전원을 공급할 필요가 없기 때문에 송신 보드와 수신 보드를 완전히 전기적으로 절연할 수 있다. 무선 전력 공급을 위해 B&PLUS의 무선 전력 공급 블록을 이용했다.
밀리미터파를 이용한 무선 전송의 연결 가능 거리는 데이터 전송 속도가 3.6Gbit/s일 때 25~30mm金年会官方在线入口网站(표1). 한편, 무선 전력 공급으로 보낼 수 있는 최대 전력은 10W 이며, 거리는 최대 10mm金年会官方在线入口网站.
그림1 [비접촉식 카메라 어댑터] 연결예
이 데모 키트는 카메라 모듈과 그래버 보드(이미지처리 장치)를 연결하는 시리얼 인터페이스를 무선으로 전송하는 용도를 위한 것金年会官方在线入口网站. 기본 기능만 비교하면 앞서 언급한 탈착식 카메라용 데모 키트와 상당히 유사하다. 하지만 거기에는 없는 특징을 여러가지 넣었다. 아래에서 그 내용을 자세히 설명해보자.
우선 데모 키트의 시스템 구성부터 소개해보자(그림 2). 카메라 모듈에서 출력된 MIPI CSI-2 형식의 영상 신호는 시리얼 인터페이스 IC(트랜스미터 IC) '金年会官方在线入口网站CV241A'가 탑재된 송신 보드에 입력된다. 이 IC를 통해 시리얼(V-by-One HS) 형식의 영상 신호로 변환한다. 그런다음 60GHz의 밀리미터파 무선 전송으로 수신 보드에 전송하고, 거기서 시리얼 인터페이스 IC(리시버 IC) '金年会官方在线入口网站CV242A'에서 MIPI CSI-2 신호로 다시 변환하여 그래버 보드로 보내는 구조이다.
그림2 [비접촉 카메라 어댑터] 시스템 구성
새로운 데모 키트의 가장 큰 특징은, 무선 전송 레인을 3개로 구성한 것金年会官方在线入口网站. 3개 레인 중 2개는 영상 신호를 전송하는 메인 채널용이며, 레인당 최대 데이터 전송 속도는 4Gbps에 달한다. 이로인해 2레인을 사용하면 800만 화소(8M 픽셀), 60프레임/초의 영상 신호(최대 7.2Gbit/s)를 보낼 수 있다. 다른 1개 레인은 제어 신호를 보내는 서브 채널용金年会官方在线入口网站. 반이중 통신을 지원한다. 제어 신호는 카메라 모듈과 시리얼 인터페이스 IC, 그래버 보드를 작동시키기 위해 필요한 각종 설정과 환경 구축에 필수적金年会官方在线入口网站.
밀리미터파를 이용한 무선 전송에는, 한국의 센서뷰(S金年会官方在线入口网站sorview Co., LTD)가 제품화한 밀리미터파 통신모듈을 채택했다. 메인 링크용 2레인에서 사용하는 모듈은 'SAM3', 서브 링크용은 'B2266'이다(그림 3).
그림3 송신 보드와 수신 보드
'SAM3'는, 그림 4 왼쪽과 같이 Face to Face형식으로 무선 전송을 한다. 즉, 송신보드와 수신 보드를 겹쳐서 두 개의 SAM3 사이에서 데이터를 전송한다. 이 외에도 한국센서뷰는 Side to Side형식의 무선 전송을 위한 밀리미터파 통신 모듈 'SAM4'를 준비하고 있다. 이를 사용하면 송신 보드와 수신 보드를 나란히 배치하여 두 개의 SAM4 사이에 데이터를 전송할 수 있다(그림 4 오른쪽). 두 모듈 모두 밀리미터파 통신 칩으로 STMicroelectronics의 'ST60A2'를 내장하고 있으며, S金年会官方在线入口网站SORVIEW가 독자 개발한 소형 패치 안테나를 조합하였다.
그림4 밀리미터파를 이용한 무선전송
이 외에도 송신 보드에서 수신 보드로 전력을 무선으로 공급하는 기능도 탑재했다. 즉, 수신 보드에 유선으로 전원을 공급할 필요가 없기 때문에 송신 보드와 수신 보드를 완전히 전기적으로 절연할 수 있다. 무선 전력 공급을 위해 B&PLUS의 무선 전력 공급 블록을 이용했다.
밀리미터파를 이용한 무선 전송의 연결 가능 거리는 데이터 전송 속도가 3.6Gbit/s일 때 25~30mm金年会官方在线入口网站(표1). 한편, 무선 전력 공급으로 보낼 수 있는 최대 전력은 10W 이며, 거리는 최대 10mm金年会官方在线入口网站.
표1 개발된 데모키트의 무선 전송 가능 거리
[카메라 SerDes 스타터 키트] 를 그대로 연결
[카메라 SerDes 스타터 키트] 를 그대로 연결
SerDes 칩을 이용해 Parallel형식의 영상 신호를 시리얼화하여, 밀리파 통신 모듈을 이용해 무선으로 전송한다. 이 자체는 특별히 새로운 시도는 아니다. 경쟁사의 SerDes 칩을 사용해도 영상 신호의 무선 전송은 가능하다. 하지만 영상 신호를 보내는 메인 채널외에 제어 신호를 보내는 서브 채널도 무선으로 전송하는 것은 경쟁사 SerDes 칩을 사용했을 때 실현하기 어려웠다. 왜냐하면 제어신호가 메인 채널의 영상 신호에 중첩되어 있는 경우가 많기 때문이다. 물론 메인채널에서 제어 신호를 추출하면 실현할 수 있지만, 추가 비용과 작업 시간이 필요했다. 하지만 당사의 시리얼 인터페이스 IC '金年会官方在线入口网站CV241A/242A'를 사용하면 간단히 실현할 수 있다.
메인채널과 서브채널을 모두 무선전송하는 장점은 크다. 그 중 하나로 현재 당사에서 제공하는 'MIPI 카메라 SerDes 스타터 키트'를 쉽게 무선으로 연결할 수 있다. 카메라 모듈쪽의 金年会官方在线入口网站CV241A 탑재 보드와 그래버 보드 측의 金年会官方在线入口网站CV242A 탑재 보드 사이에 이번에 개발한 RF 보드를 삽입하는 것만으로 카메라 모듈과 그래버 보드 간의 연결을 무선으로 전송할 수 있다(그림 5).
스타터 키트는 본래 산업용 장비에 카메라 모듈을 내장하는 작업을 단순화하기 위한 것金年会官方在线入口网站. 따라서 이번 데모 키트와 결합하면 영상 신호를 무선으로 전송하는 임베디드 카메라를 매우 쉽게 구현할 수 있게 된다.
이번 데모 키트가 타깃으로 하는 애플리케이션은 크게 세 가지로, 첫째는 송신 보드와 수신 보드 사이에 전기적 절연이 필요한 전자기기 金年会官方在线入口网站. 예를 들면 내시경과 같은 의료기기金年会官方在线入口网站. 두 번째는 송신측 또는 수신측에 완벽한 방수/방진이 요구되는 전자기기다. 예를 들면, 열악한 환경에서 사용하는 검사 장비라던가, 물 세척이 가능한 산업용 카메라 등이 있다. 세번째는 커넥터의 기계적 스트레스를 싫어하는 전자기기 金年会官方在线入口网站. 생산 라인에서 사용하는 검사 장비 등을 들 수 있다.
또한, 스타터 키트에서 지원하는 모든 CMOS 이미지 센서는 이번 데모 키트에서도 사용할 수 있다(표 2). 예를 들면, 200만 화소(2M 픽셀) 30fps대응 'GC2093'나, 800만 화소(8M 픽셀) 60fps 'IMX415' 등을 사용할 수 있다.
SerDes 칩을 이용해 Parallel형식의 영상 신호를 시리얼화하여, 밀리파 통신 모듈을 이용해 무선으로 전송한다. 이 자체는 특별히 새로운 시도는 아니다. 경쟁사의 SerDes 칩을 사용해도 영상 신호의 무선 전송은 가능하다. 하지만 영상 신호를 보내는 메인 채널외에 제어 신호를 보내는 서브 채널도 무선으로 전송하는 것은 경쟁사 SerDes 칩을 사용했을 때 실현하기 어려웠다. 왜냐하면 제어신호가 메인 채널의 영상 신호에 중첩되어 있는 경우가 많기 때문이다. 물론 메인채널에서 제어 신호를 추출하면 실현할 수 있지만, 추가 비용과 작업 시간이 필요했다. 하지만 당사의 시리얼 인터페이스 IC '金年会官方在线入口网站CV241A/242A'를 사용하면 간단히 실현할 수 있다.
메인채널과 서브채널을 모두 무선전송하는 장점은 크다. 그 중 하나로 현재 당사에서 제공하는 'MIPI 카메라 SerDes 스타터 키트'를 쉽게 무선으로 연결할 수 있다. 카메라 모듈쪽의 金年会官方在线入口网站CV241A 탑재 보드와 그래버 보드 측의 金年会官方在线入口网站CV242A 탑재 보드 사이에 이번에 개발한 RF 보드를 삽입하는 것만으로 카메라 모듈과 그래버 보드 간의 연결을 무선으로 전송할 수 있다(그림 5).
그림 5 [MIPI 카메라 SerDes 스타터 키트] 시스템 구성
스타터 키트는 본래 산업용 장비에 카메라 모듈을 내장하는 작업을 단순화하기 위한 것金年会官方在线入口网站. 따라서 이번 데모 키트와 결합하면 영상 신호를 무선으로 전송하는 임베디드 카메라를 매우 쉽게 구현할 수 있게 된다.
이번 데모 키트가 타깃으로 하는 애플리케이션은 크게 세 가지로, 첫째는 송신 보드와 수신 보드 사이에 전기적 절연이 필요한 전자기기 金年会官方在线入口网站. 예를 들면 내시경과 같은 의료기기金年会官方在线入口网站. 두 번째는 송신측 또는 수신측에 완벽한 방수/방진이 요구되는 전자기기다. 예를 들면, 열악한 환경에서 사용하는 검사 장비라던가, 물 세척이 가능한 산업용 카메라 등이 있다. 세번째는 커넥터의 기계적 스트레스를 싫어하는 전자기기 金年会官方在线入口网站. 생산 라인에서 사용하는 검사 장비 등을 들 수 있다.
또한, 스타터 키트에서 지원하는 모든 CMOS 이미지 센서는 이번 데모 키트에서도 사용할 수 있다(표 2). 예를 들면, 200만 화소(2M 픽셀) 30fps대응 'GC2093'나, 800만 화소(8M 픽셀) 60fps 'IMX415' 등을 사용할 수 있다.
표2 대응 가능한 CMOS 이미지 센서 일람표
개발은 한국 설계팀이 담당하였다.
이번 데모 키트는 당사의 한국 현지 법인인 THine Electronics 金年会官方在线入口网站rea의 설계팀이 주축이 되어 개발을 진행하였다. 왜 한국 디자인팀이 담당하게 되었을까?
가장 큰 이유는 밀리미터파 통신 모듈을 제품화하는 SENSORVIEW의 존재에 있다. 일반적으로 밀리미터파 통신 모듈을 탑재하는 보드나 시스템의 설계 난이도가 높다. "개발한 데모키트의 송신 보드와 수신 보드에 밀리파 통신 모듈을 3개 탑재 하는데, 이를 근접시켜서 장착하면 전파 간섭이 발생할 위험이 크다. 어느 정도 거리를 두면 전파 간섭을 피할 수 있을까. 이러한 기술서포트를 안테나쪽의 높은 기술력을 가진 센서뷰에서 제공해주었다. "(THine Electronics 金年会官方在线入口网站rea설계 담당자). 또한 개발시에 밀리미터파 통신 칩을 제공하는 STMicroelectronics의 한국 현지 법인에서도 기술 지원을 받았다. 센서뷰의 밀리미터파 통신 모듈 'SAM3'는 일본 기술기준 적합인증을 획득한 바 있다.
이상
가장 큰 이유는 밀리미터파 통신 모듈을 제품화하는 SENSORVIEW의 존재에 있다. 일반적으로 밀리미터파 통신 모듈을 탑재하는 보드나 시스템의 설계 난이도가 높다. "개발한 데모키트의 송신 보드와 수신 보드에 밀리파 통신 모듈을 3개 탑재 하는데, 이를 근접시켜서 장착하면 전파 간섭이 발생할 위험이 크다. 어느 정도 거리를 두면 전파 간섭을 피할 수 있을까. 이러한 기술서포트를 안테나쪽의 높은 기술력을 가진 센서뷰에서 제공해주었다. "(THine Electronics 金年会官方在线入口网站rea설계 담당자). 또한 개발시에 밀리미터파 통신 칩을 제공하는 STMicroelectronics의 한국 현지 법인에서도 기술 지원을 받았다. 센서뷰의 밀리미터파 통신 모듈 'SAM3'는 일본 기술기준 적합인증을 획득한 바 있다.
이상