[첨단 헬로티]
최대 차별점은 우수한 아날로그 성능
프로그래머블 아날로그 회로 블록 및 디지털 회로 블록을 집적한 센서 AFE라고 칭하는 IC는, 이미 경합 반도체 메이커에서 제품화되어 있다. 따라서, 로옴의 「BD40002TL」은 완전히 새로운 개념의 IC는 아니다. 그렇다면, 경합 제품과 비교할 때 메리트는 무엇일까? 그것은, 아날로그 회로 블록의 특성이 완전히 다르기 때문에, 로옴이 개발한 IC의 아날로그 특성이 각 블록 모두 매우 우수하다는 점이다. 또한, 디지털 회로 블록에서도 플래시 마이컴 및 FPGA, DSP 등을 집적하여, 경합 제품에 손색없는 레벨이다(그림 1).
▲ 그림 1. 프로그래머블 아날로그 / 디지털 회로 블록
탑재한 주요 아날로그 회로 블록과 그 성능은 아래와 같다.
3개의 OP Amp로 구성하는 계장 앰프(Instrumentation Amplifier)를 집적했다. 입력신호 대역폭은 1MHz이며, 입력 환산 노이즈 전압 밀도는 14nV/√Hz로 낮다. Low noise 앰프는 출력 노이즈가 25μV이며, 입력 환산 노이즈 전압 밀도가 14nV/√Hz이다. 고속 앰프도 탑재하고 있으며, 입력신호 대역폭은 150MHz이다. A-D 컨버터는 2개 탑재했다.
하나는, 고정밀도 용도를 위한 최대 48k 샘플/초의 ΔΣ (델타 시그마) 타입 16bit A-D 컨버터이다. 다른 하나는, 고속 용도를 위한 최대 1M 샘플/초의 축차 비교 (SAR) 타입 12bit A-D 컨버터이다.
그 외에도, 12bit D-A 컨버터 및 8bit D-A 컨버터, 콤퍼레이터, 밴드 갭 기준 전압원, 온도 센서, 5V 입력 / 2.5V 출력 전원 등도 탑재했다.
디지털 회로 블록은 영국 ARM사의 Cortex-M0 코어, FPGA, 24bit 고정 소수점 DSP, 36KB 플래시 메모리, 12KB RAM, 제산기, PWM 발생기, 24MHz 출력의 실리콘 발진기, 100kHz / 33kHz 출력의 실리콘 발진기, 각종 입출력 인터페이스 등을 탑재했다. 인터페이스 중에는 자동차에 탑재되는 센서에서 ECU로의 통신에 사용되는 SENT 프로토콜도 선택 가능하다.
세미 커스텀화에도 대응
어떤 센서 시스템을 구성할 수 있는지에 대해, 과전류 방식 변위 센서를 사용하여 거리를 측정하는 시스템을 구체적 예로 들어보겠다. 과전류 방식 변위 센서는, 코일에 고주파 전류를 공급하여, 고주파 자계를 발생시킨다. 이러한 자계 속에 금속의 피측정물이 들어오면, 그 표면에 과전류가 흘러, 결과적으로 코일의 임피던스가 변화한다. 그 변화를 검출하여 거리를 측정한다.
▲ 그림 2. 과전류 방식 변위 센서의 경우
그림 2는 설계한 센서 시스템이다. 고주파 전류에 의한 구동 (송신부)은 12bit D-A 컨버터와 고속 앰프를 사용함으로써, 100kHz 이상의 주파수에서의 구동을 가능하게 했다. 과전류 방식 변위 센서의 출력은 계장 앰프에서 수신한 후, SAR 타입의 12bit A-D 컨버터에서 디지털 신호로 변환한다. 또한, 내장한 온도 센서를 사용하여, 측정 결과에 대해 온도 보정을 실행하는 처리도 탑재했다.
이 설계에서 주목할 점은, PC에서 즉시 구성 및 설정을 변경할 수 있으며, 실제 기기의 확인이 가능하다는 점이다. 실제로 센서를 연결하는 즉시 AFE의 사양을 확인할 수 있다. 따라서, 설계에 문제점이 있으면 바로 재검토가 가능 (그림 3)하기 때문에, 결과적으로 설계에 소요되는 시간을 대폭 단축할 수 있는 것이다.
▲ 그림 3. 개발 효율 향상
이번에 개발한 「BD40002TL」은 많은 아날로그 / 디지털 회로 블록을 탑재하여, 용도에 따라서는 사용하지 않는 회로 블록이 생겨날 가능성이 있다. 그러한 경우에는, 구입 수량에 따라 다르지만, 세미 커스텀 IC로도 대응을 시작했다. 향후, 더욱 개선하여 표준 품으로써 시장에 투입할 예정이다.
글 / 문동수 로옴 세미컨덕터 코리아 테크니컬 센터 책임연구원
