기술기고문

자동차 업계의 글로벌 메가트렌드 동인 - 센서, 전력 관리, 버스 솔루션

2019-12-24
자동차 업계의 글로벌 메가트렌드 동인 - 센서, 전력 관리, 버스 솔루션

글: 스테판 슈타이얼(Stefan Steyerl) 모빌리티 및 운송 부문 시니어 세일즈 디렉터 / 아나로그디바이스

 
 “ADI는 수년 동안 EMEA 지역에서 자동차 업계의 경쟁력 있는 공급회사로서의 확고한 입지를 다져왔다.”
  • 스테판 슈타이얼, 아나로그디바이스
 


지금까지 차량내 혁신의 많은 부분은 반도체를 포함한 최신 전자장치를 사용한 덕분이다. 업계 전문가들은 미래에는 전자 부품이 모든 차량 혁신의 90%까지 담당하면서 자동차 반도체 시장에서 강력한 성장을 지속적으로 견인할 것이라고 전망한다.
자동차 업계는 전장 시장 성장의 주요 원동력이 자율주행이라는 메가트렌드에 있다고 보고 있으며, 이는 자동 또는 자율주행 차량, 파워트레인의 전기화, 그리고 차량과 다른 차량 및 인프라 또는 환경과의 네트워킹(커넥티비티)으로 나누어 볼 수 있다.
자동차 제조회사와 공급회사가 글로벌 메가트렌드에 맞춰 앞으로의 자동차 혁신을 구현하고, 소비 측면에서 자동차를 더 안전하고 경제적으로 만들려면 각 차량에 더 많은 반도체 부품이 필요하다. 오늘날 자동차에 사용되는 반도체의 양을 가격으로 환산하면 1대당 평균 250달러이며, 미래 세대의 차량에서는 전체 반도체가 차지하는 비중이 1대당 2,000달러에 이를 것이다. 자율주행 기능을 위해서는 구현 수준에 따라(1~5단계) 약 1,000달러에 달하는 반도체가 필요할 수도 있다.
다양한 분야에서 특정 개발을 위한 새로운 가능성을 여는 혁신적이고 강력한 반도체 솔루션 제조회사로서 아나로그디바이스(ADI)는 이 같은 차량내 반도체 사용 증가 추세에 따라 수익성을 높여가고 있다. 그 결과, 2018년 ADI의 자동차 분야 매출은 전체 매출의 16%인 약 10억 달러에 달했으며, 지역별로는 EMEA 지역의 매출이 가장 높았다.
 

자율주행

자동차 산업을 진정으로 혁신하는 메가트렌드의 하나인 자율주행의 1차 목표는 사고를 예방하고, 교통 흐름을 최적화하면서, 운전자의 삶을 더 편안하게 만들어줄 수 있도록 자동차가 주변 환경을 인식하는 것이다.
자율주행차가 신뢰할 수 있는 방법으로 환경을 감지할 수 있으려면 레이더, LiDAR, 카메라 기반 기술과 같은 다양한 센서가 필요하다. 이 세 가지 기술들은 서로 다른 날씨 및 가시성 조건에서 저마다 약점을 갖고 있다. 예를 들어 카메라 시스템은 밝은 역광(back lighting) 조건에서는 물체에 대한 식별 신뢰성이 떨어진다.
이러한 조건에서, 레이더 센서는 조명과 철저히 무관하게 동작하지만, 안개와 같은 조건에서는 문제가 있는 것으로 나타날 수 있다. 따라서 3단계 자율주행 기능을 갖춘 새로운 아우디 A8과 같은 차량의 경우, 상상할 수 있는 모든 상황을 지원하려면 세 가지 기술이 모두 필요하다.
ADI는 경제적인 28nm RF CMOS 기술로 제작된 칩 상에 레이더 센서를 통합한 솔루션을 가지고, 자율주행 자동차를 위한 Drive360™ 전략의 틀에서 레이더 분야를 지원한다. 이 센서는 3개의 트랜스미터 채널과 4개의 리시버 채널을 가지며, 더 먼 거리에서 더 작은 물체를 적시에 인식할 수 있도록 더 높은 RF 성능을 제공한다. 이것은 시스템이 차량 운전에 개입하거나 경고를 실행하는데 있어서 더 많은 시간을 제공할 수 있다.
레이더 시스템은 레이더 센서를 기반으로 개발될 수 있다. 예컨대 이러한 시스템에는 적응형 크루즈 제어(ACC) 등의 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS) 같은 강력한 장거리 애플리케이션을 비롯하여, 비상 제동 지원, 충돌 방지 시스템, 차선 변경 지원, 사각 지대 모니터링과 같은 중거리 애플리케이션, 그리고 단거리 주차 지원 애플리케이션 등이 포함된다.
ADI는 2018년 봄, 독일 뮌헨 소재 시메오(Symeo)를 인수하여 자동차 시장을 위한 소프트웨어 및 알고리즘을 포함, 레이더 센서를 탑재한 시스템 구현을 위한 추가적인 기술력을 확보했다.
또한 LiDAR 분야에서 혁신적 솔루션을 제공하고 향후 자동차 안전 시스템 분야에서 입지를 강화하기 위해 2년 전 ADI는 비센트 포토닉스(Vescent Photonics)를 인수하여 레이저 기술을 이전 받았다. 이를 통해 ADI는 LiDAR 기술을 더 작고 더 견고하지만, 더 낮은 가격으로 구현할 수 있게 됐다.
 

데이터 보안

차량 복잡도가 증가함에 따라 외부 공격의 위험도 증가한다. 공격자는 데이터에 접근해 이를 전달, 처리, 파괴 또는 조작할 수 있으므로 데이터 보안은 ADI가 핵심적으로 다루는 주제이다.

약 2년 전, ADI는 이러한 보안 문제에 최적으로 대처하기 위해 사이프리스 일렉트로닉스(Sypris Electronics)의 사이버 보안 솔루션(Cyber Security Solutions) 사업부를 인수했다. 관련된 하드웨어 및 소프트웨어 기술 또한 자동차 분야 제품에 구현된다.

 

생체 신호 모니터링

운전 중 사고를 예방하고 생명을 구하는 또 다른 중요한 안전 관련 측면은 생체 신호 모니터링에 있다. ADI는 비-시큐어(B-Secur)와 긴밀히 협력하여 스티어링 휠에 내장된 센서가 지속적으로 운전자의 생체 신호(심박수 또는 혈중 산소 농도 등)를 기록하고 건강 상태를 모니터링하는 솔루션을 개발했다. 이러한 신호를 통해 현기증이나 임박한 심장마비를 충분히 조기에 탐지하면 ADAS를 통해 자동차에서 적절한 조치를 개시할 수 있다. 상황이 심각할 경우, ADAS는 차량 속도를 줄이거나 자동 비상 제동 동작을 수행하는 등 응급조치를 취할 수 있다. 생체 신호 모니터링의 도움을 받아 운전자 안전과 모든 교통 관련자의 안전을 크게 향상시킬 수 있다.
ADI와 비-시큐어는 또한 자동차용 생체 인증 기술 개발을 위해 협력하고 있다. 계획된 솔루션은 ADI의 신호 처리 기술과 비-시큐어의 생체 알고리즘을 위한 ECG 소프트웨어를 결합하여 운전자와 탑승자를 명확하게 인증하는 것이다. 차량 접근이나 인포테인먼트 시스템의 개인화와 같은 기능은 인증 기술의 도움을 받아 구현할 수 있다.


 

MEMS IMU 센서

ADI는 high-g MEMS 센서를 위한 MEMS 기술을 활용한 가속도계를 개발하고, 이러한 유형의 센서를 수많은 에어백 시스템에 처음으로 구축한 회사였다. ADI는 현재 이 분야에서 MEMS 기술을 사용한 고정밀 로터리 인코더관성 센서에 투자를 집중하고 있다. 이들 센서는 매우 낮은 드리프트를 보여주며, 자동차의 위치정보 시스템과 협력하여 동작한다. 자율주행차에서 특히 신뢰할 수 있는 위치 정보를 제공하기 위해서는 보다 높은 정밀도의 센서가 필요하다.

 

완벽한 전력 관리 솔루션

앞서 언급한 메가트렌드 중 두 번째인 파워트레인의 전기화는 달성할 수 있는 자동차 시스템의 에너지 효율과 전기 에너지 저감이 핵심이다. 최적의 전력 관리는 에너지를 크게 저감한다. 이처럼 에너지 소비를 줄이게 되면 모든 전기차의 주행 범위를 늘릴 수 있다.
따라서 전력 관리는 ADI가 우선시하는 주제이며, 그 중에서도 특히 온보드 에너지 네트워크 결합을 위한 솔루션으로 이에 대응하고 있다. ADI의 광범위한 포트폴리오의 예로는 98%의 효율을 가지며 자율주행 차량의 이중 온보드 12V/12V 네트워크에서 사용하도록 개발된 LT8708/LT8708-1 양방향 벅-부스트 컨트롤러가 있다. 또한 LTC3871를 이용하면 개발자는 플러그인 하이브리드 차량에서 사용할 수 있는 kW 범위의 고효율 및 동적 48V ~ 12V 컨버터를 구현할 수 있다.
그 밖에 긴 배터리 수명을 달성하기 위해서는 낮은 대기 전류 특성을 가지는 반도체가 필요하다. 이 분야에서 두각을 나타내는 ADI는 예컨대 차량 정지 시에도 지속적으로 전력이 공급되어야 하는 자동차 시스템 개발을 위한 솔루션을 제공한다. 대기 전류가 2.5μA이고 잡음 수준이 매우 낮은 사일런트 스위처(Silent Switcher®) 스위칭 레귤레이터 제품군은 업계의 성능 한계를 훨씬 넘어선다. 가능한 애플리케이션으로는 키리스 엔트리(keyless entry) 시스템, 보안 시스템, 인포메이션 시스템, 내비게이션, GPS 위치추적 등이 있다.
 

배터리 관리 시스템(BMS)

전기차가 오랫동안 긴 주행거리와 유용한 수명을 가지려면 무엇보다 배터리의 충전과 방전 제한을 매우 정확한 셀 전압 측정을 통해 정밀하게 결정해야 한다. ADI는 리니어테크놀로지(Linear Technology)를 인수함으로써 오랜 기간 탁월한 측정 정밀도로 잘 알려진 BMS 제품 포트폴리오를 확장했다. 이러한 측정 정밀도는 레퍼런스 전압 소스로 고품질 실험실 기기에서만 볼 수 있는 정밀도를 제공하는 매립형 제너 다이오드(Zener diode)를 사용하여 달성된다. 6-, 8-, 12-, 15-, 18-채널 제품군에서 해당 BMS 제품들을 사용할 수 있으며, 이 제품들은 이미 하이브리드 및 완전 전기차에 사용되고 있다.
 

인포테인먼트: 자동차 오디오 버스(A2B)차량용 카메라 버스(C2B) 기술

인포테인먼트 분야에서 ADI는 미래를 향한 길을 제시하는 자동차용 반도체 공급회사로서 입지를 다지고 있다. 일례로 ADI는 유럽의 자동차 회사와 협력하여 자동차 오디오 버스(Automotive Audio Bus™, A2B™) 개발을 시작했으며, 고객의 과제를 인식하고 그에 대응하는 솔루션을 제공할 수 있다는 것을 보여주었다.
혁신적이고, 애플리케이션에 특화된 A2B 기술은 높은 충실도와 낮은 케이블링 요구사항으로 디지털 오디오를 전송할 수 있어 케이블 하네스의 비용과 무게를 최대 75%까지 줄여준다. 이러한 절감을 통해 연료 소비도 줄인다. A2B는 이미 포드(Ford) 같은 자동차 회사가 채택하고 있으며, 탁월한 장점 덕분에 앞으로 채택율이 더욱 늘어날 전망이다.
A2B는 여러 개의 차량내 마이크로폰를 이용하는 사례 등의 오디오 애플리케이션을 위해 설계된 것으로, 아날로그 연결과 비교해 보면, 현재의 디지털 버스 표준이 제공하는 훨씬 낮은 시스템 비용 수준에서 매우 뛰어난 오디오 품질을 제공한다. 대표적인 A2B 제품은 AD2426W, AD2427W, AD2428W 트랜시버이며, 이들 제품은 모두 설정이 가능한 송신 전력 레벨을 지원한다.
비차폐선 케이블과 커넥터를 통해 HD 비디오를 자동차 인포테인먼트 시스템에 저렴한 비용으로 전송하기 위해 ADI는 차량용 카메라 버스(C2B™) 기술을 개발했다. 첫 번째 C2B 제품은 ADV7990 ADV7991 트랜스미터와 ADV7380 ADV7381 리시버로, OEM은 이를 통해 기존 시스템을 SD에서 HD 카메라로 쉽게 변환하여 오늘날 차량내 카메라 애플리케이션의 높은 해상도와 이미지 품질을 달성할 수 있다.
C2B 제품을 개발하는 데 있어 ADI는 특히 전자기 간섭(EMI)을 줄이고 전자파 적합성(EMC)을 향상시키기 위해 공을 들였다. 이 제품은 백업 카메라가 디지털이 아닌 아날로그 버스 시스템을 통해 작동하는 저가형 차량에 사용된다.
 

엔진음 생성

많은 국가 및 지역들이 저속 주행 하이브리드 및 전기차에 대해 보행자가 이들 차량을 적시에 인지할 수 있도록 외부에서 들을 수 있는 엔진 소음을 만들어내도록 규정하고 있다. 이를 위해 ADI는 이러한 분야에서 ADSP-BF706 블랙핀(Blackfin® ) 신호 프로세서와 전기차 경고음 시스템(EVWSS) 펌웨어를 기반으로 하는 솔루션을 제공하여 자동차 제조회사가 향후 안전 규정을 준수할 수 있게 하고 있다.
 

향후 전망

미래에는 센서를 통해 달성할 수 있는 가능성과 방법들이 그 어느 때보다 많을 것으로 ADI는 보고 있다. 쉽게 떠올릴 수 있는 한 가지 사례는 BMW와 다른 몇몇 제조회사들이 제스처 제어에 반응하기 위해 이미 사용하고 있는 사용자 인터페이스(HMI)이다.
운전자 모니터링 시스템(DMS) 솔루션과 같은 다른 솔루션들은 안전을 위해 차량 내부를 모니터링할 수 있다. 현재의 애플리케이션은 에어백이 충돌로 인해 터지는 방향을 탑승자의 정해진 앉은 자세에 맞춰 부상의 위험을 줄이는 것이다. 운전자 모니터링 시스템은 오늘날과 특히 미래에 차량내 애플리케이션에서 표준이 될 가능성이 있다.
특히 자율주행의 경우 관련 센서들의 도움으로, 운전자가 차량 제어권을 양도한 후 다시 차량 제어권을 가져올 수 있는지 여부를 인식하는 것이 중요하다.

미래에 운전자와 탑승자에 대한 생체 신호 모니터링은 만약 운전자가 건강상의 이유로 다시 제어를 할 수 없다면 3단계 또는 4단계 차량은 자동으로 안전한 상태로 돌아갈 수 있어야 하기 때문에 중요한 역할을 할 것이다.

 

동향 요약

다양한 센서들과 이와 관련한 신호 처리, 고효율의 전력 관리 솔루션, 잘 고안된 버스 시스템의 결합은 최신식 자동차의 핵심적인 구성요소의 하나이다. 사용자 인터페이스에 대한 추가적인 향상이나 생체 신호에 기반한 강력한 운전자 모니터링이 미래 세대의 자동차에서 어떻게 전개될 것인지에 관계없이 지원할 수 있도록, ADI는 해결해야 할 과제들을 직시하고 이미 혁신적이고 적합한 솔루션을 개발하고 있다.

 

저자 소개

스테판 슈타이얼(Stefan Steyerl)은 아나로그디바이스 EMEA 지역 총괄 모빌리티 및 운송 부문 세일즈 디렉터이자 EMEA 마케팅 책임자, 독일 아나로그디바이스의 매니징 디렉터이다.
그는 아나로그디바이스에서 25년 이상 일하면서 회사와 업계에서 쌓은 풍부한 경험을 바탕으로 성장을 이끌고 있다. 1990년대 말 그의 리더십 아래 EMEA에 디지털 신호 처리(DSP) 사업부가 설립되고 확장됐다. 2008년에는 EMEA 자동차 세일즈 디렉터 직책을 맡았으며, 2009년부터 2015년까지 북미와 남미에서 자동차 고객을 담당했다. 그의 리더십을 통해 자동차 사업부는 ADI의 강력한 성장에 핵심적인 기여를 했다.
또한 지난 수년 동안 중앙유럽 영업 조직을 다음 성장 단계로 준비하고 끌어올렸으며, 확장된 시장에서 회사의 야심찬 비전을 지원했다. 2017년에 리니어테크놀로지의 인수를 포함하여 새로운 EMEA 영업 비전, 전략, 조직 조직구조 개발을 이끌었다.
스테판 슈타이얼은 독일 뮌헨 공과 대학에서 전기공학 석사학위를 받고 졸업했다. 문의:  stefan.steyerl@analog.com

 
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