디지털 온도 센서에 EEPROM 메모리 통합이 가져오는 이점
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디지털 온도 센서에 EEPROM 메모리 통합이 가져오는 이점
  • 신동윤 기자
  • 승인 2018.11.15 09:00
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EEPROM 통합 온도 센서 활용한 온도 기록 및 모니터링 솔루션 설계

[테크월드=신동윤 기자] 제품의 온도를 정확하게 측정하면서도, 제품 수명 전체에 걸쳐 고객의 제품 사용 내역을 기록하고 추적할 수 있는 손쉽고 경제적인 방법이 있다면 누구든 이에 관해 관심을 갖지 않을 수 없을 것이다.

이제는 고객들이 제품에 투자한 가격 대비 제품의 사용 가치를 향상시키는 것이 필수적이다. 이 글에서는 디지털 출력(I2C 프로토콜) 로컬 온도 센서에 EEPROM 메모리를 통합해 사용하는 것이 어째서 중요한지에 대한 내용을 다루고 있다. 또한, 가능한 설계 솔루션을 위해 EEPROM에 간단한 쓰기 시퀀스를 설정하는 이유와 방법에 대한 사례, 그리고 몇 가지 관련 사항들을 살펴보겠다.

EEPROM 메모리의 통합

I2C 디지털 온도 센서는 실리콘 기반 집적회로(IC)로서 시장에 출시된 이래 20여 년간 이상 수십억 개 이상이 판매됐다. 이후 I2C 디지털 온도 센서는 수많은 전자 제품과 시스템에서 널리 사용되는 열이나 온도 모니터링 솔루션으로 자리잡았다. 시스템 개발자들은 온도 센서를 사용해 제품의 실시간 온도를 측정하고 제어할 수 있으며, 온도가 한계 범위를 벗어나면 효과적으로 대처할 수 있다.

보다 전문적인 관점에서 보자면 I2C 디지털 온도 센서는 완벽한 온도 모니터링 솔루션으로서 자체 내부 온도를 측정하고 이 온도를 디지털 값으로 변환하는데, 이 값은 표준 I2C 프로토콜 통신을 통해 쉽게 읽을 수 있다. 이런 센서는 디지털화된 온도 데이터를 출력하므로 아날로그-디지털 컨버터나 데이터 후처리 장치와 같은 외부 부품이 필요하지 않다.

흥미로운 점은 디지털 온도 센서가 특정 온도 범위 내에서 올바르게 지정된 온도 정확도 요건을 충족시키도록 제조업체가 공장에서 캘리브레이션을 진행한다는 것이다. 오늘날에는 -40~125℃ 등의 넓은 온도 범위에서 ±1℃의 최대 정확도(혹은 그 이상)를 제공하는 다양한 공급업체들을 흔히 볼 수 있다.

그러나 제품의 견고성을 향상시키고자 사용자들이 주요 애플리케이션의 특정 데이터를 저장할 수 있도록 온도 센서에 맞춰 EEPROM 메모리를 통합해 제작된 제품은 흔치 않다. EEPROM 메모리는 사용자 스토리지에 맞춰 다양한 크기가 가능한 전용 비휘발성 메모리 어레이다. EEPROM은 ‘전기적 소거 및 프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리(Electrically Erasable Programmable Red-Only Memory)’를 의미하며, 모든 메모리 바이트 위치로 100만 회 이상 쓰기가 가능하다는 점이 주요 특징이다. 따라서 데이터 변경이 잦은 작업에 이상적이며 대부분의 제품과 애플리케이션에서 사용할 수 있다.

통합 EEPROM 메모리 사용, 왜 필수적인가

통합 EEPROM 메모리를 사용하는 이유로는 크게 3가지를 들 수 있다. 첫째, 통합된 메모리를 사용함으로써 온도 센서로부터 얻은 주요 데이터를 로컬에 기록할 수 있는 기능을 제공한다. 주요 데이터란 최종 제품의 시스템 종료나 고장을 초래할 수 있는 극단적인 온도나 날짜/시간, 결함 횟수, 파워온 지속 시간이나 그 외 피하고 싶은 조건들을 기록하는 것이다.

온도 센서 내부의 통합 메모리를 읽는 것만으로 제품이 얼마나 자주 임계 온도에 도달했는지, 그리고 그 상황이 발생하는 날짜와 시간까지 파악할 수 있다고 생각해 보자. 이를 바탕으로 고객의 제품 오류를 검토하고 분석할 수 있다면 향후 제품 개선에 커다란 도움이 될 것이다. 이 데이터만 가지고도 고객이 지속적으로 열악한 온도 환경에서 제품을 동작시켰는지 여부를 파악할 수 있으며 따라서 고객의 오용으로 인한 보증이나 관련 분쟁을 피할 수 있다. 통합 메모리는 오늘날 자동차나 비행기에 장착되는 충돌 데이터 레코더와 거의 유사하다고 볼 수 있다. 저장된 온도 관련 위반사항과, 시간 흐름에 따라 기능이 저하되는 잘못된 부품 선택을 관련지어 분석한다면 저장된 데이터를 통해 향후 더욱 향상된 제품을 개발하고 제품 기능을 개선할 수 있다.

특히 제품을 과도하게 동작시키거나 잘못 사용했을 경우, 고객이 고장 분석을 위해 제품을 반환할 때 이 사실이 제품 분석 프로세스에 미칠 영향을 생각해 봐야 한다. 저장된 데이터를 활용해 제품이 결함을 일으킨 근본 원인을 알아낼 수 있으며, 반대로 고객이 제품을 오용하거나 남용한 사실을 밝혀, 반품을 무효화함으로써 제품에 대한 책임비용을 줄일 수 있다. 또한, 통합 메모리 스토리지를 사용하면 데이터 무단 조작을 최소화할 수 있으므로 저장된 데이터는 보증 관련 분쟁의 정당성을 판단하는 근거가 된다.

둘째, 통합 메모리를 통해 최종 고객이 제품 기능을 어떻게 사용하는지 추적하고 고객이 실제로 그 기능을 사용했는지 여부를 파악하는 기능을 구현할 수 있다. 새로운 기능이나 특정 신기능을 고객이 실제로 사용했는지 여부를 알고 싶을 경우도 있다. 이를 간단한 쓰기 시퀀스로 어떻게 구현할 수 있는지 살펴보자.

예를 들어 2개 EEPROM 바이트 위치를 지정해 서로 연관된 두 가지 다른 값을 저장하고, 이 두 위치에서 제품의 특정 기능을 저장한다는 것을 미리 파악함으로써 구현할 수 있다. 첫 번째 바이트 위치에 저장되는 값은 그 기능을 사용할 때마다 값이 증가한다. 두 번째 바이트 위치는 그 기능을 언제 최종적으로 사용했는지 파악하기 위해 날짜와 시간 스탬프로 사용할 수 있다. 가치 높은 기능이라고 생각하고 개발한 기능이 실제로 잘 사용되고 있는지 아니면 거의 잊혀지고 있는지, 고객의 사용 여부에 대해 실시간 데이터로 알 수 있다면 얼마나 유용하겠는가? 이런 결과는 고객 설문조사나 표적 집단보다도 훨씬 더 가치가 높을 것이다.

셋째, 통합 메모리는 공장 출하 시, 시스템 구성 설정과 파라메트릭 데이터용 핵심 데이터 스토리지 용도로 사용할 수 있다. 지정된 테스트 규정에 대해 제품을 어떻게 테스트했는지 통합 메모리 내에 출하 시 주요 테스트 정보를 저장할 수 있다. 테스트 셋업과 장비 위치, 파라미터 데이터까지 저장함으로써 제품을 공장에서 어떻게 테스트했는지에 관한 객관적인 정보를 알 수 있으므로 고객 반품 시 더욱 잘 대응할 수 있다. 또한, 이 메모리에 중요한 시스템 구성 데이터를 저장함으로써 파워업과 초기화 프로세스 시에 시스템 또는 제품 구성을 도울 수 있다. 추후 손쉬운 제품 업그레이드도 가능하다. 간단한 프로그래밍만으로 이전 구성 데이터를 재프로그래밍할 수 있기 때문이다.

EEPROM이 통합된 I2C 온도 센서인 마이크로칩의 AT30TSE758A는 앞서 언급한 세 가지 장점을 모두 제공한다. 이 정밀한 온도 모니터링 디바이스는 [그림 1]에서처럼 고정밀 디지털 온도 센서, 프로그래머블 고온 및 저온 경고, 비휘발성 레지스터, 8Kb EEPROM을 컴팩트한 단일 패키지로 통합했다. 따라서 시스템 기능이나 신뢰성 향상을 위해 로컬 온도 측정이 필수적인 다양한 애플리케이션에 사용할 수 있다.

[그림 1] EEPROM 통합 온도 센서 제품인 마이크로칩 AT30TSE758A의 블록 다이어그램

이 온도 센서 제품은 -55~+125℃의 넓은 온도 범위에 걸쳐 온도를 측정할 수 있으며, 정격 정확도는 0~+85℃에서 ±0.5℃로 매우 정밀하다. 디지털화된 온도 측정 결과는 내부 레지스터에 저장되며, 이를 디바이스 내 I2C 시리얼 인터페이스를 통해 언제든 읽을 수 있다.

열 시스템 관리를 극대화할 수 있는 또 다른 방법은 온도 센서의 비휘발성 레지스터를 활용하는 것이다. 이로써 디바이스 전원이 꺼진 후에도 구성이나 온도 한계 설정과 같은 조건을 저장하고 유지할 수 있다. 매번 파워업 때마다 디바이스를 다시 구성할 필요가 없으므로, 디바이스를 자체적으로 실행할 수 있으며 디바이스 구성을 위해 호스트 컨트롤러에 의존할 필요가 없으므로 파워업 초기화 시퀀스가 간소화된다.

이 글을 통해, 열 및 온도 관리에 따르는 수고를 덜어주고 설계 상의 가능성이 높아지는 통합 EEPROM 메모리 사용의 중요성에 대해 더 잘 이해하게 됐을 것이다. 애플리케이션 개발 시 AT30TS758A 등의 제품들을 사용할 경우 열과 온도 관리 설계 관련 문제를 극복하는 것은 물론, 보다 쉽고 빠르게 성과를 얻을 수 있을 것이다.

 

자료제공 : 마이크로칩 테크놀로지