[오토모티브 특집] 로옴의 ADAS 카메라 시스템용 ‘저소비’, ‘낮은 노이즈’ 통신·전원 솔루션

[테크월드뉴스=이재민 기자] 최근 자동차 분야에서 ADAS(첨단 운전자 지원 시스템)의 탑재 촉진과 의무화를 위한 움직임이 전 세계적으로 가속화되고 있다. 이에 따라 ADAS를 구성하는 차량용 카메라 시스템, 레이더(Radar), 라이다(LiDAR), 복수의 센싱 기술을 융합시키는 센서 퓨전 시스템 등의 개발 속도도 점점 빨라지고 있다.

그 중에서도 카메라 시스템은 기존의 어라운드뷰 시스템에서 많이 사용되고 있고, 센싱에 있어 중요하기 때문에 레이더와 함께 자동차 1대당 탑재수가 많은 센싱 시스템이다. 카메라 시스템은 더 안전한 시스템을 구축하기 위해 카메라 탑재 수와 통신 정보량의 증가, 노이즈 등의 외적 요인에 대한 안정 동작, 전력이 한정된 자동차에서 많은 시스템을 취급할 수 있도록 더욱 저소비 전력 동작을 해야 하는 등 아직 여러 과제가 남아있다.

이에 따라 로옴은 ADAS의 카메라 시스템에 대해 ‘저소비’, ‘낮은 노이즈(Low Noise)’를 실현할 수 있고, 첨단 시스템 구축에 기여할 수 있는 솔루션을 개발하고 있다.

로옴의 ADAS 카메라 시스템용 솔루션 개요
카메라 시스템은 자동차의 모든 부분에 설치되는 시스템이지만, 구체적으로는 영상을 촬영하는 카메라 모듈과 이를 제어해 영상 데이터를 수신하는 ECU(전자 제어 유닛)로 구성된다.

로옴의 솔루션은 카메라 모듈로 촬영된 영상 데이터를 ECU로 전달하는 역할을 담당하는 통신 IC(SerDes) ‘BU18xMxx-C 시리즈’와 카메라 모듈에서 CMOS 이미지 센서 및 통신 IC에 전원을 공급하는 PMIC(전원 관리 집적 회로) ‘BD86852MUF-C’를 중심으로 구성된다. 카메라 모듈에서는 보호 디바이스인 IPD(고성능 반도체 파워 스위치) 등도 포함해 CMOS 이미지 센서 이외의 주변에 필요한 기능은 모두 로옴의 IC로 실현할 수 있다.

이제 ‘저소비’, ‘낮은 노이즈’의 카메라 시스템 구축을 가능하게 하는 SerDes와 PMIC에 대해 소개하고자 한다.

로옴의 SerDes와 PMIC 성능
SerDes BU18xMxx-C 시리즈는 Serializer(직렬화) BU18TM41-C와 Deserializer(병렬화) BU18RM41-C를 세트로 구성해 카메라 시스템용 SerDes를 구축한다. 또한 4ch의 Deserializer BU18RM84-C도 라인업으로 구비해 ECU에서 복수의 통신을 수신하는 경우, 더욱 컴팩트하게 SerDes를 구축할 수 있다. 통신 속도는 최대 3.6Gbps이며, 통신 케이블도 STP, Coax, POC 등에 모두 대응해 폭넓은 ADAS 카메라 시스템에 채택할 수 있다.

PMIC BD86852MUF-C는 자동차 카메라 모듈용으로 개발된 PMIC로, 3ch의 DC/DC를 내장했다. 자동차 시스템이 요구하는 2MHz 이상의 발진 주파수로 동작하고, 풍부한 보호 기능을 탑재했다.

고객은 이 2가지 솔루션을 카메라 시스템에 탑재해 ▲저소비 ▲낮은 노이즈 ▲설계 용이성 ▲안전성 등 4가지의 이점을 누릴 수 있다.

저소비
SerDes BU18xMxx-C 시리즈는 전송 속도를 가변할 수 있어 애플리케이션에 따라 전송 속도를 최적화한다. 이로써 다른 제품 대비 20% 전후의 소비전력 삭감이 가능하고, 필요 최저한의 전력으로 통신 시스템을 구축할 수 있다.

PMIC BD86852MUF-C는 차량용 카메라 모듈에 요구되는 부하 영역에서 PMIC의 토탈 전력 변환 효율이 다른 제품에 비해 4% 높은 78.6％를 실현해 애플리케이션의 소비전력 삭감에 기여한다[그림 1].

낮은 노이즈
자동차 애플리케이션의 노이즈 대책으로서 Low EMI(전자기 방해)는 중요하다. SerDes BU18xMxx-C 시리즈와 PMIC BD86852MUF-C는 IC의 통신 클록과 스위칭 전원의 스위칭 주파수에 대해 의도적으로 지터(Jitter)를 설정해 특정 스펙트럼에서 노이즈 강도를 낮추는 SSCG 기능을 공통적으로 탑재했다.

SerDes BU18xMxx-C 시리즈에는 Serializer, Deserializer 양쪽에 모두 SSCG 기능을 탑재해 -10dB의 Low EMI화를 실현한다. SerDes BU18xMxx-C 시리즈와 PMIC BD86852MUF-C는 국제 무선 장해 특별 위원회(CISPR)의 규격 중 ‘자동차 수신기 보호를 위한 방해파의 권장 한도치 및 측정법 (CISPR25)’의 클래스(class)5 규격을 통과했다[그림 2], [그림 3].

SerDes BU18xMxx-C 시리즈는 전송 속도 가변 기능을 응용해 복수의 통신 레인이 존재하는 경우, 각각의 통신 전송 속도를 의도적으로 조금씩(0.1％ step) 변경할 수 있기 때문에 SSCG와 마찬가지로 -10dB의 Low EMI화를 실현할 수 있다.

설계 용이성
PMIC BD86852MUF-C에는 고객의 설계 공수를 줄일 수 있는 다양한 기능이 탑재됐다. 주요한 기능은 단품만으로 현재의 ADAS 카메라 시장에서 주로 사용되는 CMOS 이미지 센서 8종의 요구 전압치와 기동 시퀀스에 대응할 수 있다는 것이다.

CMOS 이미지 센서를 통틀어도 메이커와 품명에 따라 요구되는 전압치나 각 전원 채널의 기동·정지 순서가 다르기 때문에 CMOS 이미지 센서가 바뀌면 전력을 공급하는 전원 회로 주변 부품과 제어 프로그램도 변경해야 한다. 반면에 PMIC BD86852MUF-C는 MODE0, MODE1, MODE2 등 3가지 단자에 대해 각각 High·Low의 신호 제어만으로 주요 CMOS 이미지 센서의 공급 전원 사양에 대응할 수 있다. 이에 따라 고객은 CMOS 이미지 센서에 변경이 발생하는 경우에도, PMIC BD86852MUF-C의 MODE 단자에 대해 입력을 변경하기만 하면 된다[그림 4].

PMIC BD86852MUF-C는 IC와 주변 부품의 소형화로 로옴의 기존 제품 대비 부품수 26％, 주변 부품을 포함한 부품 점유 면적 20％를 줄일 수 있어 전체 실장 면적은 40％를 감소시킬 수 있다. 이에 따라 소형화가 요구되는 카메라 모듈 내부의 면적에 대해 고민없이 실장할 수 있다.

또한 정밀한 전압치를 요구하는 CMOS 이미지 센서 부근에 LDO를 배치할 수 있도록 LDO를 외장으로 구성했다. 이로써 시스템에 대한 노이즈의 영향을 더욱 억제할 수 있고, 기판 상의 발열 분포를 확산시킬 수 있어 열 설계의 용이성에도 기여한다.

안전성
로옴의 Serializer BU18TM41-C에는 시스템의 안전성을 높이기 위해 ‘Frame CRC’라는 화상 프리징 검출 기능이 탑재됐다. CRC란 화상의 색 데이터에 대해 일정한 계산을 실행하고, 그 결과를 수 bit의 데이터로 출력한 것이다. 이 계산 결과는 화상 프레임에 따라 부여되는 부호가 된다. 송신 측과 수신측에서 동일한 화상에 대해 동일한 계산을 실행하고, 그 결과로 출력된 CRC 값을 비교하면 화상이 송신되기 전후에 영상 데이터에 결함 등이 발생하지 않았는지에 대해 정합성을 확인할 수 있다.

여기까지는 CRC의 일반적인 기능이지만, Serializer BU18TM41-C의 Frame CRC는 ADAS 카메라 시스템에서 요구되는 화상 프리징 검출을 실현한다. 예를 들면, 주행 시 자동차의 주변을 촬영하는 카메라 시스템에서 송신되는 화상 데이터는 항상 변화하기 때문에 일정 시간 동일한 화상이 계속되지 않는다. 일정 시간 이상 동일한 CRC 값이 검출된다는 것은 어떤 문제가 발생해 영상이 멈췄다는 것을 의미한다. Serializer BU18TM41-C는 송·수신되는 영상의 전후 수 프레임별 CRC 값을 비교해 이런 화상 프리징을 검출한다[그림 5].

향후 계획
로옴은 자동차 분야를 주력으로 SerDes와 PMIC를 비롯해 ADAS 시장을 위한 다양한 제품을 개발하고 있다.

향후 로옴은 고기능·고신뢰성 시스템이 요구될 ADAS 카메라 시스템을 중심으로 하는 자동차 센싱 애플리케이션의 요구에 대응하기 위해 안전성을 높이는 기능을 IC 내부에 탑재하고, 기능 안전의 국제 표준 규격 ‘ISO 26262’에 대응하는 제품을 개발할 계획이다.

PMIC BD86852MUF-C의 차세대 모델에 해당하는 제품에는 ISO 26262 프로세스 개발을 추진하고, ASIL(자동차 안전 수준 레벨)-B에 준거하도록 개발할 예정이다. 또한 ADAS 카메라 시스템의 구축에 필요한 몇 가지 기능을 집적한 통합 IC의 개발도 검토하고 있다.