휴대형 기기의 스마트 전력 관리
그 동안 전력 관리는 많은 휴대형 컨수머 애플리케이션에 있어 마지막으로 고려되는 요소 중 하나였다. 이러한 접근 방식이 지금까지는 디자이너에게 효과적이었지만, 휴대형 컨수머 디바이스의 복잡성 증가 및 배터리 수명의 극대화, 또한 다양한 기능을 포함해야 하는 필요성이 대두되면서 전력 관리 솔루션의 선택은 더 이상 간과할 수 없는 중요한 요소로 자리잡게 되었다.
글: 케이시 스프링어(Casey Springer)
IDT 아날로그 그룹, 수석 제품 마케팅 엔지니어
www.idt.com
오늘날의 컨수머 전자 제품 시장에서는 다양한 제품의 종류를 구분하기가 갈수록 어려워지고 있다. 사용자들은 이제 휴대폰에서 통화 기능 외에도 더 많은 기능을 요구하고 있으며, 그에 따라 휴대폰에 내장된 휴대형 내비게이션 디바이스(PND: Portable Navigation Device)는 단순히 A 지점에서 B 지점으로 이동시켜주는 것 이상의 역할을 수행해야 한다.
스마트폰, PND, 모바일 게임 플랫폼 및 다른 휴대형 컨슈머 제품 간에 이러한 기능의 융복합화 현상이 발생함에 따라 소비자들은 풍부한 기능을 갖춘 다양한 제품을 선택할 수 있는 혜택을 누리고 있다. 하지만 이러한 추세로 인해 휴대형 애플리케이션 부문의 디자이너는 여러 기능을 공간에 민감한 단일 디바이스에 통합하는 동시에 경쟁업체와 제품을 차별화해야 하는 심각한 문제에 직면해 있다.
대부분 보다 높은 음질의 오디오 기능을 포함하고 사용자 인터페이스 환경을 개선하며 폼 팩터(form-factor)의 크기를 줄이고 배터리 수명을 늘리는 방식으로 이러한 문제에 대처해 나가고 있다. 하지만 이제 새로운 차원의 높은 통합률을 갖춘 지능형 시스템 전력 관리 솔루션이 등장함에 따라 디자이너들은 원하는 차별화 요소를 손쉽게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 플랫폼 및 제품의 여러 세대에 걸쳐 사용할 수 있는 유연한 아키텍처를 제공하는 툴을 활용할 수 있게 되었다.
출시 시간을 단축시키는 유연성과 통합성
다양한 기능을 단일 디바이스에 통합함에 따라 폼 팩터의 크기를 줄이기 위한 높은 수준의 통합률이 요구되고 있다. 이와 함께 애플리케이션의 프로세서, 시스템 메모리 및 다른 주변 장치 구성 요소(예: WiFi, 블루투스, GPS)의 요구 사항을 지원할 수 있는 프로그래밍 가능한 지능형 전력 관리 솔루션에 대한 필요성 또한 강조되고 있다.
현재 많은 전력 관리 솔루션은 특정 애플리케이션의 프로세서와 작동하도록 최적화되어 있어 단일 시스템을 디자인하기에 편리할 수 있다. 그러나 다양한 지리적, 인구 통계적 요구 사항을 겨냥한 광범위한 제품을 개발해야 하는 많은 OEM 기업들은 여러 플랫폼에서 서로 다른 애플리케이션 프로세서와 함께 사용할 수 있는 보다 유연한 통합 솔루션을 통해 이점을 얻을 수 있다.
IDTP95020 지능형 시스템 전력 관리 솔루션 같은 최신 제품은 임베디드 마이크로컨트롤러가 포함된 독특한 아키텍처를 도입하여 이러한 레벨의 유연성을 갖추고 있다(그림 1 참조).
임베디드 마이크로컨트롤러는 모든 온칩 리소스를 관리하고 동적으로 프로그래밍 가능한 시스템 전력 레귤레이션 블록(power regulation blocks)과 솔루션에 유연성을 제공하는 온칩 전력 관리 기법을 지원하는 데 사용된다.
IDTP95020은 프로그래밍 가능한 스위치 모드 DC-to-DC 컨버터와 저전압 강하(LDO: low-dropout) 레귤레이터 외에도 통합 배터리 충전 관리, 백색 LED 드라이버, 저전력 스테레오 오디오 및 음성 코덱(믹서 기능 포함), 클래스-D 증폭기, 헤드폰 드라이버, 온칩 및 오프칩 클럭 생성을 위한 PLL, 터치 감지 컨트롤러 등을 갖추고 있다(그림 1 참조).
이러한 각 기능 블록은 완전한 프로그래밍이 가능할 뿐 아니라 내장 메모리 또는 외장 EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)에 저장된 미리 정의된 스크립팅 시퀀스를 통해 임베디드 마이크로컨트롤러에 의해 제어할 수 있다.
IDTP95020은 이를 통해 애플리케이션 프로세서에 구속되지 않고 자율적으로 작동하여 일반적인 관리 작업 및 실시간 활동을 모니터링 해야 하는 필요성을 줄여 준다. 또한 IDTP95020은 두 개의 I2C 인터페이스 중 하나를 통해 레지스터에 쓰는 방식으로 애플리케이션 프로세서에 의해 기능 블록을 제어할 수 있도록 한다(그림 2 참조).
이러한 레벨의 유연성과 프로그래밍 기능을 통해서 IDTP95020은 다양한 애플리케이션 프로세서에서 요구되는 동적 전압 조정 사양을 충족 하는 것은 물론 디자이너들이 단일 전력 관리 솔루션을 신속하게 수정하여 전체 포트폴리오에 걸쳐 제품의 다양한 주변 장치 요구 사항을 해결할 수 있다.
단일 솔루션을 여러 제품에 다시 사용할 수 있으므로 이러한 프로젝트를 완료하는 데 필요한 디자인 리소스를 크게 줄일 수 있으며, 제품 출시 시간 또한 단축할 수 있다. 아울러 다시 사용 가능한 전력 관리 솔루션은 조달 업무를 합리화하고 재고 관리를 단순화하는데 도움이 된다.
복잡한 사용자 인터페이스가 시스템 레벨에 미치는 영향
터치 스크린은 다양한 컨수머 제품을 통해 고급 사양에서 표준 사양으로 빠른 속도로 이동했다. 통합형 터치 스크린 컨트롤러 및 WLED(White LED) 드라이버가 포함된 IDTP95020 같은 지능형 전력 관리 솔루션을 채택하면 디자이너가 여러 이산 부품을 사용하지 않고도 사양을 쉽고 빠르게 추가할 수 있는 것은 물론 애플리케이션 프로세서에 가해지는 부담을 줄이고 시스템 전력 소모량을 절감하는 데에도 도움이 될 수 있다(그림 2 참조).
터치 스크린, 푸시 버튼 및 다른 사용자 입력을 모니터링해야 하는 부담을 애플리케이션 프로세서에서 지능형 시스템 전력 관리 솔루션에 넘김에 따라 애플리케이션 프로세서에서는 보다 부가가치가 높은 작동에 고성능 처리 기능을 사용하거나 유휴 또는 완전 대기 상태에서 더 많은 시간을 보냄으로써 전체 시스템 전력 소모량을 줄일 수 있다.
또한 IDTP95020은 애플리케이션 프로세서에서 WLED 백라이트를 제어하는 부담도 덜어 준다. IDTP95020은 12비트 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 사용하여 다른 아날로그 시스템 측정을 모니터링하는 기능과 함께 WLED 드라이버 및 터치 스크린 컨트롤러를 통합하여 애플리케이션 프로세서가 디스플레이의 재가동 또는 밝기 제어 동작에 관여할 필요가 없도록 한다.
통합 코덱으로 편리해진 오디오 구현
이산 애플리케이션 및 베이스밴드 프로세서를 기반으로 하는 경우와 같이 많은 휴대형 애플리케이션에서는 병합 및 조정되어야 하는 오디오 입/출력이 다수 발생한다. 이로 인해 중앙 집중형 오디오 믹서가 필요한데, 여러 아키텍처에서 이러한 기능을 수행하기 위해 애플리케이션 프로세서가 사용된다. 그러나 오디오 믹싱은 CPU 사용량이 매우 높은 작업이기 때문에 이로 인해 애플리케이션 프로세서에 높은 부하가 발생하여 전력 소모량이 크게 증가할 수 있다.
오디오 코덱이 내장된 지능형 시스템 전력 관리 솔루션은 이러한 경우에 활용할 수 있는 뛰어난 솔루션이다. IDTP95020 같은 통합형 전력 관리 솔루션은 애플리케이션 프로세서에서 오디오 믹싱을 처리할 필요가 없도록 하여 애플리케이션 프로세서의 처리 부담을 줄이고, 이를 통해 이러한 리소스를 다른 기능에 사용할 수 있도록 하거나 프로세서가 보다 낮은 전력 상태에 들어가도록 함으로써 시스템 전력을 줄일 수 있다(그림 3 참조).
개발 환경
완전한 프로그래밍을 지원하는 지능형 시스템 전력 관리 솔루션은 디자이너에게 높은 수준의 통합률과 유연성을 제공하지만 다양한 인터럽트 및 활동에 대응하기 위한 사용자 정의 전력 시퀀싱(user-defined power sequencing) 및 스크립트를 만들어야 한다. 이러한 시퀀스 및 스크립트 생성이 프로젝트 출시 시간에 부정적인 영향을 미치지 않도록 하기 위해 전력 관리 솔루션에는 견고한 개발 환경이 필수적이다.
IDTP95020용 개발 툴에는 디자이너의 PC에 바로 연결할 수 있는 평가 보드가 포함되어 있다. 이를 통해 디자이너는 IDT GUI(Graphical User Interface) 기반의 스크립팅 툴을 활용할 수 있는데, 이 툴은 전력 레일 시퀀싱(power rail sequ encing)을 정의하기 위한 사용자 친화적인 드래그 앤 드롭(drag-and-drop) 방식의 인터페이스와 동작 및 설정의 미리 정의된 시퀀스에 IDTP 95020을 연결시켜주기 위한 TCL 스크립트 생성 및 실행을 특징으로 한다. 디자이너가 이러한 스크립팅 파일을 완성하면 파일은 이 툴을 통해 평가 보드의 EEPROM에 바로 전달된다(그림 4 참조).
전력 관리의 전략적 중요성
그 동안 전력 관리는 많은 휴대형 컨수머 애플리케이션에 있어 마지막으로 고려되는 요소 중 하나였다. 이러한 접근 방식이 지금까지는 디자이너에게 효과적이었지만, 휴대형 컨수머 디바이스의 복잡성 증가 및 배터리 수명의 극대화, 또한 다양한 기능을 포함해야 하는 필요성이 대두되면서 전력 관리 솔루션의 선택은 더 이상 간과할 수 없는 중요한 요소로 자리잡게 되었다.
현재 IDTP95020 같은 지능형 시스템 전력 관리 솔루션이 개발됨에 따라 디자이너들은 다양한 제품 플랫폼 및 제품의 여러 세대에 걸쳐 사용할 수 있는 유연한 통합 솔루션을 채택하기 위한 전략적인 결정을 내릴 수 있게 되었다. 이러한 결정은 여러 제품을 개발하는 데 필요한 디자인 리소스를 줄이고 출시 시간을 단축시키는 동시에 시스템 성능 및 전력 소모량을 최적화하는 데 도움을 줄 수 있다.
/저자에 대해서
케이시 스프링어(casey.spring er@idt.com)는 IDT 아날로그 그룹의 수석 제품 마케팅 엔지니어다. 스프링어는 산타 클라라 대학교(Santa Clara University)에서 공학 물리학: 세부전공 고체 물리학(engineering physics with an emphasis in solid state physics)을 전공했으며, 2000년 IDT에 입사했다. IDT에 입사한 이후 다양한 신제품 출시를 관리해왔다. 다양한 기술 원고를 게재했으며 다수의 특허활동을 공동 진행하였다.
그림 1. IDTP95020 지능형 전력 관리 솔루션
그림 2. 통합 전력 관리 솔루션을 사용하여 단순해진 디자인
그림 3. IDT P95020의 오디오 라우팅 및 믹싱
그림 4. IDT P95020 개발 환경
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