[첨단 헬로티]

오랫동안 미래의 비전으로 여겨졌던 세계가 이제 현실이 되고 있다. 기기는 마치 사람이 감지하고 주위와 상호작용하는 것처럼 환경을 감지할 수 있게 되었다. 센서가 디지털 세계와의 간극을 좁히고 있다. 적절한 소프트웨어와 결합하면 스마트 기기와 로봇은 보고, 듣고, 냄새 맡거나 느낄 수 있을 뿐 아니라 이 모든 것을 넘어 주변 환경을 “직관적으로 이해”함으로써 인간의 삶을 단순하게 만들어 준다. 여기서 결정적인 요소는 서로 다른 센서에서 발생하는 정보를 해석하고 연결하는 데 있다.

인피니언은 인간 본성에 영감을 받아 총체적 접근방법을 취하여 다양한 센서를 결합한다. 이러한 방법은 사람과 기계 또는 장치와의 상호작용을 더 쉽게 만들어줄 뿐 아니라 획득한 상황 정보를 신뢰할 수 있도록 처리하는 스마트 시스템을 구현한다. 인피니언 XENSIV 센서 포트폴리오는 3D·ToF(Time-of-Flight, 비행거리측정) 이미지 센서, 레이더 칩, MEMS 마이크로폰, 압력 및 가스 센서를 포함한다. 이러한 스마트 센서는 음성 인식에서부터 스마트 홈, 스마트 도시, 증강 현실, 제스처 인식, 생체 인증, 자동·자율 주행, 드론·멀티콥터, 조명 제어, 그리고 스마트 홈 가전과 경보 시스템에 이르기까지 광범위한 애플리케이션에 활용된다.

3D로 본다

증강 현실이든, 안면 인식이나 복잡한 이미지 효과든, 특히 모바일 기기 시장은 다양한 애플리케이션 분야에서 ‘3D로 보는’ 요구가 크게 높아지고 있다. 이를 위한 특수하면서 효율적인 기술은 런타임 기술 ToF(Time-of-Flight)이다. ToF는 박쥐의 음파 탐지 시스템과 유사하게 빛의 이동 시간을 측정하여 이미지를 고도로 정확하게 3D로 재 생성할 수 있다. 

인피니언은 특별히 모바일 기기 시장의 요구에 부응하여 소형화된 3D 단일 칩 형식으로 REAL3 이미지 센서를 개발했다. ToF 센서는 증강 현실 애플리케이션, 얼굴과 손 인식을 통한 안전한 사용자 인증, 비밀번호 없는 결제 승인, 최적화된 모핑 및 사진 이펙트 또는 실내 스캔을 구현할 수 있게 한다. 양안식 입체 또는 구조광 기술과 같은 다른 3D 센서 원리와 비교해 ToF는 배터리로 동작하는 기기에 신뢰할 수 있는 성능과 소형화, 전력 소모를 제공한다.

4.6mm x 5mm 이미지 센서는 약 15만 픽셀(HVGA, Half Variable Gain Amplifier)을 제공한다. 고성능 픽셀 어레이는 940nm 파장의 적외선에 반응하도록 맞춰져 특히 강한 햇빛에서 탁월한 실외 성능을 달성한다. 이러한 성능은 각 개별 픽셀에서 특허를 획득한 SBI(Suppression of Background Illumination) 회로에 의해 구현된다.

▲스마트 센서는 사람이 감지하듯 환경을 감지하고 실제 세계를 디지털 세계와 연결한다.

레이더로 정밀한 뷰 생성

레이더는 산업과 소비자 시장에서 점점 더 중요한 솔루션으로 발전하고 있다. 레이더는 로봇, 자동차, 스마트 홈에 갈수록 사용이 증가하고 있으며, 직관적인 인간-기계 인터페이스로 작동하는 새로운 기술을 지원한다. 레이더 센서는 3차원 공간에서 목표를 쉽게 찾을 수 있도록 하며, 생체 기능을 탐지하고, 재료를 분류하거나 동작을 구분하거나, 제스처를 제어하는 데 사용할 수 있다. 

수동 IR 기술에 비해 레이더는 ‘보기’와 움직임 감지에 많은 이점을 제공한다. 여기에는 더 높은 정확도로 이른바 ‘마이크로모션’이라고 하는 최소 움직임에 대한 정밀한 감지를 포함한다. 인피니언 레이더 센서 XENSIV 제품군 포트폴리오는 초소형 24GHz MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)에서부터 고도로 통합된 60GHz 트랜시버에 이르기까지 광범위하다. 이 칩은 통합된 안테나를 포함하며, 정상적인 조건은 물론 특별히 어둠, 안개, 먼지와 같은 극한 조건에서나 물질을 통과해서도 최고 수준으로 볼 수 있다.

▲단 4.6mm x 5mm 크기의 Real 3 3D 이미지 센서는 사실상 소형 카메라이다.

견고한 움직임 감지 

스마트워치, 웨어러블 또는 스마트폰은 공기 압력 센서를 사용하여 고도의 차이, 수직 속도 및 운동을 정확하게 검출한다. 이 밖에 이들 센서는 진공 청소기, 에어컨, 배기 후드에서 공기 흐름을 모니터링할 수 있다. 이러한 정확하고 견고한 압력 센서를 유용하게 활용하는 애플리케이션들이 의료 분야에 점점 더 많이 적용되고 있다. 이러한 예로는 스마트 흡입기, 호흡 마스크, 낙상 감지 또는 비침습적 혈압 측정 등이 있다.

인피니언 DPS368 압력 센서는 다른 방수 압력 센서 대비 최대 80% 공간을 절약하고, ±2cm 정확도를 제공하며, 피에조 기술보다 에너지 소비가 최대 50% 적어 이러한 애플리케이션에 이상적이다. 대기공기 압력을 측정하는 디지털 센서는 방수·방습, 방진되며(IP57), 젤이 접촉점과 멤브레인을 보호하므로 수심 50m에서 1시간 동안 압력을 견딜 수 있다.

DPS368 압력 센서 소자는 용량성 측정 원리로 동작하므로 온도 변화에도 높은 정확도를 보장한다. 센서는 단 2.0mm × 2.5mm × 1.1mm 크기의 초소형 8핀 LGA 패키지에 공기 압력과 온도 측정을 모두 통합했다. 디바이스는 최대 ±0.002hPa(± 2 cm) 정확도를 제공하고 -40 ~ 85℃ 온도에서 300hPa ~ 1200hPa 공기 압력을 측정할 수 있으며 0.5Pa/K보다 낮은 압력-온도 민감도를 갖는다. 센서는 또한 개별 걸음, 신체 움직임 또는 제스처를 감지할 수 있다. 높은 측정 주파수(최대 200Hz)와 빠른 판독은 센서로부터 신속한 피드백을 가능하게 한다.

▲견고한 DPS368 공기 압력 센서는 최소의 고도차, 수직 속도 및 운동을 정밀하게 검출한다.

배경 잡음 없이 듣고 이해한다

마이크로폰의 “인공 청각"은 전화 통화나 웹 컨퍼런스, 이동 시 헤드폰의 능동 잡음 소거(ANC) 또는 음성으로 기기 작동 등에 사용되는 등 일상생활에 없어서는 안 되는 일부가 되었다. 

최고 등급 MEMS 마이크로폰과 첨단 오디오 프로세싱은 이러한 기기에서 소비자들의 증가하는 요구를 충족시키는 데 핵심적인 요소다. 옆방에 있는 우리를 이해하는 음성 인식 시스템이나 마치 그 자리에 있었던 것처럼 들리는 오디오 레코딩, 이러한 모든 것은 최저 신호대 잡음비(SNR)와 넓은 동적 범위를 갖는 MEMS 마이크로폰에 의해 실현된다.

인피니언은 이미 XENSIV MEMS 마이크로폰 IM69D130으로 디지털 MEMS 마이크로폰의 새로운 표준을 확립했다. 오디오 신호 프로세싱 및 소프트웨어 분야의 파트너와 함께 인피니언은 다양한 애플리케이션에 신속하게 구현할 수 있는 하이엔드 레퍼런스 솔루션을 제공한다.

최신 세대 MEMS 마이크로폰은 특별히 인캡슐레이트된 듀얼 백플레이트 기술을 적용해 더욱 높은 성능과 견고성으로 향상된 기능을 제공한다. 콘덴서를 ‘인캡슐레이션’하여 오디오 신호를 거의 잡음 없이 레코딩할 수 있다. 마이크로폰은 또한 낮은 자체 잡음(높은 SNR), 넓은 동적 범위, 낮은 왜곡, 높은 AOP(Acoustic Overload Point)를 제공한다. 극히 정밀한 음성 인식을 실현하는 이러한 규격으로, SNR은 75dB로 증가하고, AOP는 140dBSPL까지 높였다.

▲인피니언의 차세대 MEMS 마이크로폰은 콘덴서를 "인캡슐레이션" 하여 오디오 신호를 거의 잡음 없이 레코딩할 수 있다.

투명한 공기질 

나쁜 공기질을 나타내는 하나의 지표는 CO2 농도이다. 이 무색무취 기체를 모니터링하는 현행 솔루션은 부피가 크고 비싸거나 광범위한 애플리케이션에 적용하기에 충분히 정확하지 않다. 인피니언은 광음향분광법(PAS, Photoacoustic Spectroscopy)을 기반으로 하는 혁신적인 CO2 센서 기술을 개발했다. XENSIV PAS CO는 높은 SNR을 갖는 MEMS 마이크로폰을 검출기로 사용하여 전례없이 작은 크기의 초소형 CO2 센서를 구현한다. 따라서 스마트 홈 애플리케이션이나 맞춤형 환기와 같은 빌딩 자동화는 물론 실내 공기질 제어를 위한 다양한 IoT 기기, 공기 청정기, 온도 조절기, 기상 관측소 및 개인 비서에 사용하기에 이상적이다.

글 : 로지나 크로이처(Rosina Kreutzer) 인피니언 테크놀로지스 비즈니스 디벨롭먼트 디렉터