USB Type-C로 구현되는 아날로그 오디오

[테크월드=신동윤 기자] 모바일 기기 제조사들이 단일 포트 인터페이스로의 마이그레이션을 꾀하고 있다. 전력과 데이터 모두를 포함하는 통합 연결을 표준화함으로써, 설계의 자유성을 높일 수 있기 때문이다. 집적회로(IC)와 배터리, 디스플레이 크기가 작아지면서, 모바일 기기의 레거시 포트(Legacy port)는 전체 프로파일에서 중요한 기능으로 자리잡았다.

제조사는 기기를 더욱 얇게 제작하고, 다양한 USB Type-C 인터페이스를 제공하기 위해 3.5㎜ 연결잭을 제거하려 하지만, 이 부분에 대한 논의는 이어지고 있다. 기존에 모바일 제품으로 분류되지 않았던 태블릿, e북리더기, 디지털 비서(Digital assistant) 등의 A/V 장치를 포함해 헤드폰을 지원하는 다른 기기들도 이와 유사한 문제가 발생할 가능성이 높다.

USB Type-C로 나아가는 과정에서 제조사와 소비자들은 큰 변화를 겪게 될 것으로 예상되지만, 이런 변화를 모두가 달가워하는 것은 아니다. 변화란 본래 그렇다. 여기에는 일련의 조정 과정이 따르며, 중요한 것은 제조사들은 비용 효율적인 방식으로 기존, 그리고 새로운 것을 수용해야 한다는 것이다.

계속 살아 남을 것으로 예상되는 3.5㎜ 오디오 잭
헤드폰, 이어폰, 일반 스피커 등 물리적으로 모바일 기기에 연결하는 외부 오디오 출력 기기의 지속적인 영향력과 중요성은 간과하기 쉽다. 블루투스의 성공은 지난 10년간 제조된 대부분의 오디오 재생 기기가 블루투스 연결기능을 갖고있다는 것으로 쉽게 확인할 수 있다. 오디오는 휴대폰을 위한 무선 헤드셋 형태로 제공된 최초의 블루투스용 ‘킬러 앱(Killer app)’이었다. 최근 몇년 사이에 블루투스는 차량 인포테인먼트 시스템과 휴대폰을 연결하는 가장 기본적인 방식으로 자리잡았다. 더구나 이는 통화뿐 아니라 음악 재생에도 사용되고 있다.

모바일 기기는 배터리로 구동되는 경우가 많으며, 배터리는 기기가 AV를 스트리밍 할 때 더욱 빨리 방전된다. 이와 마찬가지로 무선 헤드셋 또한 컴팩트한 크기로 인해 배터리 용량에 한계가 있으며, 따라서 지속시간이 비교적 짧은 편이다. 이런 문제때문에 소비자들은 배터리 방전에 대비해 유선 이어폰을 가지고 다니는 경우도 있다.

또한, 오디오 마니아라면 유선 헤드폰을 더 선호할 수도 있다. 고음질의 유선 헤드폰은 상대적으로 가격이 비싸다. 따라서, 이를 사용하는 사람들은 헤드폰의 연결 잭이 사라졌다는 이유만으로 유선 헤드폰 사용을 중단하지 않는다.

이에 대한 중장기적 해결책은 USB Type-C 커넥터를 기존 3.5㎜ 오디오 플러그와 연결할 수 있는 어댑터를 사용하는 것이나, USB Type-C 포트로 아날로그 오디오 지원이 반드시 보장되지는 않는다는 것이 문제다. 온세미컨덕터의 FSA4480은 이런 애플리케이션을 위해 특별히 설계된 USB Type-C 아날로그 오디오 스위치(Analog Audio Switch)로, OEM들에게 여러 이점을 제공한다.

USB Type-C를 통한 모바일 인터페이스의 통합

FSA4480은 USB Type-C 포트를 통해 모바일 기기의 오디오 신호와 USB 2.0, 마이크 등을 통합한 사이드 밴드 신호(Side-band signal)용 단일 인터페이스다. 이는 OMTP/CTIA(AHJ) 감지, 저항 감지, 고전압 보호와 같은 기능을 포함해 애플리케이션에서 제공되는 솔루션의 진화를 보여준다. 이런 기능은 낮은 오디오 고조파 왜곡(THD+N)과 최적화된 팝 노이즈(pop noise) 감소로 신호의 무결성을 유지하면서 사용할 수 있다.

앞서 설명한대로, 기존 연결 잭에서 USB Type-C로 전환되면서, 소비자는 3.5㎜ 연결 잭을 USB Type-C 포트에 연결하는 외부 어댑터를 필요로 하게 된다. 하지만 휴대폰용 4극 단자(TRRS) 3.5㎜ 오디오 인터페이스용 표준은 OMTP, CTIA(AHJ로도 불림) 두 가지가 있기 때문에 문제가 발생한다. 하나의 포트에 네 개의 다른 도체를 연결하면 이점이 있으나, 이를 구성할 때 문제가 발생한다. [그림 1]에서 볼 수 있듯, 두 표준 간에 차이가 있기 때문이다. 다른 유형의 장치가 추가되면 각 도체의 정의는 더욱 다양해진다.

하나의 솔루션이 여러 표준에 대해 공통의 인터페이스를 제공하기 위해서는 표준을 자동 인지하고 이에 대응할 수 있어야 한다. 제조사는 이를 통해 차세대 사용자 인터페이스를 제공하고, 시장에서 발생하는 공통적인 문제를 해결할 수 있기 때문이다.

MIC 입력을 감지하고, 3.5㎜ 잭의 적합한 링으로 전환할 수 없는 경우, 일관성 있는 사용자 경험을 제공할 수 없다. 다라서 FSA4480은 MIC와 그라운드 링을 자동으로 감지하고 장치 내에서 올바른 신호 경로로 전환할 뿐만 아니라 다른 포맷(2개 또는 3개 링 플러그)을 감지하고 이에 맞춰 적용할 수 있다.

이외에도 FSA4480은 감지 기술을 통합해 USB 포트 연결에 걸리는 저항을 측정할 수 있으며, USB Type-C 인터페이스에 이물질이나 수분, 또는 전도성 물질이 유입됨으로써 발생하는 핀 사이의 부주의한 합선으로부터 기기를 보호할 수 있다.

FSA4480은 모든 유형의 디지털과 아날로그 신호에 필요한 모든 스위치를 통합하므로, 모든 데이터 스트림의 신호 경로를 최적화한다[그림 2]. 뿐만 아니라 이는 -110dB의 THD+N으로 높은 오디오 품질을 제공할 수 있다.

FSA4480의 여러 기능은 전용 레지스터를 사용해 I2C(Inter-Integrated Circuit) 인터페이스로 제어된다. 예를 들어 과전압보호(Over Voltage Protection, OVP) 기능에는 OVP 인터럽트 마스크(Interrupt Mask), OVP 인터럽트 플래그(Interrupt Flag), OVP 상태(Status)의 세 가지 전용 레지스터가 있다.

마찬가지로 레지스터는 오디오 스위치 레프트 채널(Audio Switch Left channel), 오디오 스위치 라이트 채널(Audio Switch Right channel), MIC 스위치, 센스 스위치(Sense Switch), 오디오 접지 스위치를 제어한다. 왼쪽, 오른쪽, MIC 스위치를 감지하고 전환하는 과정에서 발생하는 지연은 전용 레지스터를 사용해 설정할 수 있다.

이 장치의 또 다른 핵심 기능은 앞서 설명한 대로 핀 간 부주의한 연결을 감지하는 기능이다. 이는 RES 감지 핀 설정, RES 감지 값, RES 감지 인터럽트 임계치, RES 감지 간격 등을 포함하는 레지스터를 통해 관리할 수 있다. 이런 구성과 제어 수준을 활용해 OEM 업체들은 휴대폰, 오디오 플레이어, 스마트 스피커 등 어떤 기기에서라도 애플리케이션의 요구사항을 정확히 충족시킬 수 있도록 FSA4480를 구성할 수 있다.

USB Type-C 통합 3.5㎜ 오디오 잭 수용

USB Type-C 인터페이스는 여러 기능을 단일 인터페이스로 통합하며 소비자 가전의 형태를 바꾸고 있다. 이는 현재 겪고 있는 과도기를 거쳐 가장 일반적인 외부 오디오 인터페이스인 3.5㎜ 오디오 잭를 수용할 수 있는 솔루션에 대한 수요를 창출할 것이다.

특히 고급 헤드폰에 돈을 아끼지 않는 마니아 소비자 층은 선호하는 헤드폰과 이어폰 제품에 명확하고 효과적으로 반영되지 않으면 이 전환을 받아들이지 않을 것이다. FSA4480은 이를 가능케 하는 솔루션을 제공한다.

글: 줄리 스툴츠(Julie Stultz) 온세미컨덕터 마케팅 매니저

자료제공: 온세미컨덕터