고속 룰렛 규칙 사이트 표준 'MIPI'란?？모바일 테두리 돌출、자동차에도 적용 10Gbps의 'USB 3.2 Gen2'룰렛 규칙도 장거리 전송 가능、리드라이버 IC로 실현
2020.08.24
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USB 및 HDMI, DisplayPort와 같은 주변기기 인터페이스가 가속화됨。이 시리즈의 첫 번째룰렛 규칙、이 가속화의 현상을 소개함과 동시에、얻는 이점과 단점을 설명했습니다。실은、이 단점이 상당히 성가시다。데이터 전송 거리가 짧아지기 때문에、용도에 따라 치명적인 문제가 되기 때문。두번째가 되는 이번에는、이 문제를 해결하는 리드라이버 IC 소개。이것을 이용하면、전송 거리를 크게 늘릴 수 있습니다。
원인은 케이블의 저항 성분에 있습니다
USB 및 HDMI, DisplayPort와 같은 주변 인터페이스가 빨라질수록、데이터를 전송할 수 있는 거리가 짧아집니다。왜、이런 현상이 일어날 것인가。원인은、데이터 전송에 사용되는 케이블이 가진 임피던스에 있음。
임피던스의 경우、주파수 특성 존재。주파수가 높을수록 임피던스가 커집니다、룰렛 규칙이 증가합니다。결과、신호 파형의 전압 진폭이 작아지거나、신호 파형이 크게 흐트러지거나 하는 현상이 발생한다。
임피던스의 경우、주파수 특성 존재。주파수가 높을수록 임피던스가 커집니다、룰렛 규칙이 증가합니다。결과、신호 파형의 전압 진폭이 작아지거나、신호 파형이 크게 흐트러지거나 하는 현상이 발생한다。
더 빨라질수록 룰렛 규칙이 증가합니다
그럼 빠른 신호는、케이블을 사용하여 전송하면 얼마나 룰렛 규칙될 것인가。
예:、데이터 전송 속도가 최대 10Gbit/sec인 'USB 3.2 Gen2' 신호를、직경이 0.3211mm AWG28 동축 케이블로 1m 전송하는 경우를 생각。이 때 표준룰렛 규칙 권장하는 감쇠량은、1.25GHz 신호 성분룰렛 규칙 1.4dB、2.5GHz 성분룰렛 규칙 2.0dB、5.0GHz 성분룰렛 규칙 3.1dB(그림 1)。즉、주파수가 높을수록、감쇠량이 커지는 것。
다음、신호를 보내는 케이블을 바꿔보세요。직경이 0.2019mm와 약간 얇은 AWG32 동축 케이블을 사용하여 동일한 신호를 1m 전송。이 경우、규격룰렛 규칙 권장하는 감쇠량은 1.25GHz 신호 성분으로 2.2dB、2.5GHz 성분으로 3.4dB、5.0GHz 성분으로 4.9dB가 됨。이것으로부터 알 수 있는 것은、케이블이 가늘어질수록、감쇠량이 증가하는 것。바꾸어 말하면、구부리기 쉽고 다루기 쉬운 케이블 정도、감쇠량이 커짐。
신호 감쇠는、세밀하게 보면 DC(저주파) 성분의 감쇠와 AC(고주파) 성분의 감쇠의 2개로 나눌 수 있다。DC 성분의 감쇠는、신호 진폭이 작아지는 것과 직접 연결。신호 진폭이 너무 작아지면、수신기 회로룰렛 규칙 더 이상 수신할 수 없습니다。한쪽、고주파 성분의 감쇠는、아이 패턴룰렛 규칙 충분한 개구부를 얻을 수 없게 되는 사태를 초래한다。아이 패턴이 부서지면 신호를 올바르게 수신할 수 없게 됨。DC 성분 감쇠와 AC 성분 감쇠 모두、전송할 수 있는 거리가 짧아지게 됨。
예:、데이터 전송 속도가 최대 10Gbit/sec인 'USB 3.2 Gen2' 신호를、직경이 0.3211mm AWG28 동축 케이블로 1m 전송하는 경우를 생각。이 때 표준룰렛 규칙 권장하는 감쇠량은、1.25GHz 신호 성분룰렛 규칙 1.4dB、2.5GHz 성분룰렛 규칙 2.0dB、5.0GHz 성분룰렛 규칙 3.1dB(그림 1)。즉、주파수가 높을수록、감쇠량이 커지는 것。
신호 감쇠는、세밀하게 보면 DC(저주파) 성분의 감쇠와 AC(고주파) 성분의 감쇠의 2개로 나눌 수 있다。DC 성분의 감쇠는、신호 진폭이 작아지는 것과 직접 연결。신호 진폭이 너무 작아지면、수신기 회로룰렛 규칙 더 이상 수신할 수 없습니다。한쪽、고주파 성분의 감쇠는、아이 패턴룰렛 규칙 충분한 개구부를 얻을 수 없게 되는 사태를 초래한다。아이 패턴이 부서지면 신호를 올바르게 수신할 수 없게 됨。DC 성분 감쇠와 AC 성분 감쇠 모두、전송할 수 있는 거리가 짧아지게 됨。
연속 시간 선형 이퀄라이저 활용
이런 문제를 해결하기 위해 자인 일렉트로닉스는、리드라이버 IC 'THCX222'를 제품화 중。
이 IC는、연속 시간 선형 이퀄라이저(CTLE: Continues Time Linear Equalizer)와 드라이버를 결합한 것。이것을 주변 인터페이스의 중간에 삽입함으로써、전송 가능한 거리를 늘릴 수 있습니다。
연속 시간 선형 이퀄라이저(이하、이퀄라이저)의 역할은、케이블에 의해 룰렛 규칙된 신호 성분을、증폭으로 되돌리기(그림 2)。따라서、단순히 생각하면 전송 거리를 2배로 늘리는 계산이 된다。
THCX222룰렛 규칙、전송 신호의 DC 및 AC 성분을 모두 증폭하기 위해、각 이득을 개별적으로 설정할 수 있습니다。전자 기기 설계자가 케이블에 의한 감쇠량을 측정、그 크기에 따라 이득을 외부 저항으로 설정(그림 3)。
이득은 세밀하게 설정할 수 있습니다。특히、64가지(6비트) 설정 가능。'경쟁 타사 제품에 비해 설정 수가 많음。그것은 최적 값에 맞출 수 있습니다.'(자인 일렉트로닉스)。내역은、DC 이득 4가지(2비트)、AC 이득이 8가지(3비트)。설정 가능한 최대값은、Gen2 대응 THCX222R10룰렛 규칙 DC 이득이 +5.2dB、AC 이득 +14.8dB(그림 4)。
남은 두 가지 거리(1비트)、출력 신호의 선형 성능(선형성)。포화(왜곡) 출력 신호 전압의 높낮이를 선택할 수 있습니다。높은 선계 성능을 선택하면、전송 특성을 개선할 수 있지만、소비 전력이 증가하는 절충점이 있음。적용할 애플리케이션에 따라 선택해야 함。
이 IC는、연속 시간 선형 이퀄라이저(CTLE: Continues Time Linear Equalizer)와 드라이버를 결합한 것。이것을 주변 인터페이스의 중간에 삽입함으로써、전송 가능한 거리를 늘릴 수 있습니다。
연속 시간 선형 이퀄라이저(이하、이퀄라이저)의 역할은、케이블에 의해 룰렛 규칙된 신호 성분을、증폭으로 되돌리기(그림 2)。따라서、단순히 생각하면 전송 거리를 2배로 늘리는 계산이 된다。
가는 케이블룰렛 규칙도 5m 거리 연장
THCX222를 활용하면、실제로 어느 정도、전송 거리를 늘릴 수 있을까。USB 3.2Gen2의 경우에 생각해 보자.
위룰렛 규칙 언급했듯이 USB 3.2Gen2의 데이터 전송 속도는 10Gbit/s이지만、최대 주파수 성분은 5GHz입니다。THCX222R10은、5GHz룰렛 규칙 +14.8dB의 이득을 얻을 수 있습니다。즉、+14.8dB의 케이블 길이만 전송 거리를 연장할 수 있습니다。
예:、직경이 0.2540mm AWG30의 동축 케이블이면、규격룰렛 규칙 권장하는 감쇠량은 5GHz룰렛 규칙 −3.9dB/m이다。따라서、14.8dB/3.9dB=약 3.8m 전송 거리를 늘릴 수 있습니다。그러나 실제로는、USB 트랜시버 IC 수신기 회로、표준 사양룰렛 규칙 +6dB분의 이득을 제공하는 것이 설명되어 있기 때문에、이를 포함하면 20.6dB/3.9dB=약 5.3m 거리 연장 가능。가상 현실(VR)/증강 현실(AR) 단말기룰렛 규칙、5m 이상의 케이블 길이 외에、취급 용이성이 요구됨。THCX222 사용、이 요청을 만족할 수 있음。
물론 THCX222는 USB 외에、HDMI, DisplayPort 등에도 적용 가능。그러나 HDMI에 사용할 때는 주의해야 합니다。차동 인터페이스의 입력부에 직류 성분을 차단하는 커패시터를 연결함과 동시에、종단 저항(터미네이터)도 붙여야 함。
위룰렛 규칙 언급했듯이 USB 3.2Gen2의 데이터 전송 속도는 10Gbit/s이지만、최대 주파수 성분은 5GHz입니다。THCX222R10은、5GHz룰렛 규칙 +14.8dB의 이득을 얻을 수 있습니다。즉、+14.8dB의 케이블 길이만 전송 거리를 연장할 수 있습니다。
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물론 THCX222는 USB 외에、HDMI, DisplayPort 등에도 적용 가능。그러나 HDMI에 사용할 때는 주의해야 합니다。차동 인터페이스의 입력부에 직류 성분을 차단하는 커패시터를 연결함과 동시에、종단 저항(터미네이터)도 붙여야 함。