새로 설계하는 디바이스에 USB 타입-C를 사용할 것인가?

[테크월드=이나리 기자] 오늘날 랩탑, 태블릿, 스마트폰에 USB 타입-C 포트 사용이 증가하면서 얼리 어답터들이 겪는 문제도 늘어나고 있다. 이러한 문제는 USB 3.1 규격과 호환되지 않는 많은 USB 타입-C 케이블 사용으로 인해 발생한다.

이전의 USB 구현[그림 1]에서는 대부분의 시스템이 비호환 케이블이 인가하는 10W 미만을 견딜 수 있었다. 그러나 이제 USB 타입-C를 사용함으로써 최대 100W를 충전할 수 있게 되어 적합한 시스템 보호 기능 구현이 더 복잡하게 됐다.

다양한 USB 타입-C 케이블

현재 사용되고 있는 대부분의 디바이스는 일정한 형태의 USB 커넥티비티를 포함한다. 그 형태는 큰 직사각형의 커넥터(타입-A)일 수도 있고, 크기가 좀더 작은 마이크로/미니 포트일 수도 있다. 이렇듯 디바이스들에 다양한 커넥터가 사용되고 있어 간혹 케이블이 혼동되어 케이블을 바꿔 사용하기도 한다. 이전 세대가 USB 케이블을 사용했을 때는 이것이 문제가 되지 않았다. 모든 케이블이 비교적 낮은 전력을 제공했기 때문이다(10W 미만).

USB 타입-C 표준으로 인해 가장 크게 달라진 두 가지 특징은 [그림 2]에서 보는 것과 같이 100W 충전이 가능해졌고 새로운 커넥터 형태를 사용한다는 것이다.

이러한 이유로 모든 USB 케이블들은 업그레이드가 필요해졌다. 다수의 업체들이 USB 타입-C 케이블을 만들어 여러 웹사이트를 통해서 판매하고 있다. 호환 케이블이든 비호환 케이블이든 그 수가 매우 많아 일일이 추적한다는 것은 거의 불가능하다. 그렇기 때문에 실수로 비호환 케이블을 구입할 위험성이 존재한다. 그리고 이 중의 어떤 것들은 규격에서 너무 멀리 벗어나 있어 연결하는 시스템을 손상시킬 수도 있다.

USB 타입-C 보호 기능 구현의 장점

어떠한 USB 타입-C 케이블을 사용하던지 소비자의 디바이스를 손상시키지 않도록 시스템 설계 시 견고한 전력 경로 보호 기능이 구현되어야 한다. 전력 경로 보호 기능을 구현하면 사용자들에게 흔히 발생될 수 있는 여러 가지 문제들을 방지할 수 있다. 결함이 있는 케이블을 작동 중인 시스템으로 연결하거나, 가까이 붙어 있는 핀들이 커넥터 안의 물기나 불필요한 부스러기 같은 것들 때문에 쇼트를 일으키거나 하는 것을 예로 들 수 있다.

이러한 보호 기능 구현 방법 중 하나는 TI의 USB 타입-C 전원 경로 보호 및 오디오 액세서리 지원 레퍼런스 디자인에서 자세히 확인할 수 있다. [그림 3]은 이 레퍼런스 디자인의 블록 다이어그램을 보여준다.

USB 타입-C 포트는 다차원적인 보호가 요구되며, 특히 전력 경로와 신호 경로 보호가 중요하다. 이 레퍼런스 디자인에서 TPD6E05U06은 CC1, CC2, D+, D-, SBU1, SBU2 핀으로 신호 경로 보호를 담당한다. 이 디바이스는 단일 칩에 6개의 극저 로딩 커패시턴스 트랜션트 전압 억제 (TVS, Transient Voltage Suppression) 다이오드를 통합함으로써 IEC(International Electrotechnical Commission) 61000-4-2 레벨 4 ESD(Electrostatic Discharge) 보호를 제공한다.

TPS25923 eFuse 디바이스와 CSD17571Q2 전력 MOSFET은 둘이 결합해서 전력 경로에 대해서 최대 30V 과전압 보호, 전류 제한, 역 전류 차단 기능을 제공한다. 마지막으로 또 다른 중요한 TUSB320LAI, TS5USBA224, TS3A226AE는 USB 케이블 방향(USB 타입-C는 리버서블 커넥터), 동작 역할(DFP, UFP, DRP), 케이블 연결/분리를 관리한다.

또한 이들 디바이스로 아날로그 오디오 액세서리를 지원할 수 있는데, 단일 USB 타입-C 포트를 통해서 전력과 오디오 모두 제공이 가능하다. 또한, 개발자는 오디오 액세서리를 지원하는 USB 타입-C 전력 경로 보호 레퍼런스 디자인을 통해 차세대 USB 타입-C 설계에 적절한 보호 기능을 구현할 수 있다.