ADAS 및 인포테인먼트용 PoC(Power Over Coax) 인덕터 선택하기

자동차 시스템 설계자들은 단일 케이블을 통해 전원 공급과 고속 데이터 전송을 동시에 실현하기 위해 PoC(Power Over Coax) 아키텍처를 점점 더 많이 채택하고 있습니다. 이러한 방식은 배선에 필요한 공간을 줄이고 시스템 설계를 간소화하며, 특히 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 인포테인먼트, 센서 기반 파워트레인과 같은 데이터 집약적 서브 시스템에서 효과적입니다. 그러나 신뢰할 수 있는 PoC 바이어스-T 회로를 구현하려면 전력 및 데이터 전송에 있어 상충적인 요구 사항을 관리하기 위해 인덕터를 신중하게 선택해야 합니다.

이 기사에서는 PoC 바이어스-T 회로 설계에 대한 개요를 제공합니다. 그런 다음 Murata의 자동차용 PoC 인덕터를 다양하게 소개하고, 이러한 인덕터들이 파워트레인, 차량 안전, 인포테인먼트 시스템용 바이어스-T 회로를 최적화하는 데 어떻게 도움을 주는지 설명합니다. 두 가지 유용한 인덕터 선택 도구에 대해서도 설명합니다.

자동차 PoC를 위한 바이어스-T 회로 설계의 중요성

바이어스-T 회로는 PoC 시스템에서 DC 전원과 고속 데이터 신호를 분리함으로써 중요한 역할을 합니다. 일반적인 자동차 PoC 응용의 경우 센서와 제어 유닛을 연결하기 위해 동축 케이블을 사용하며, 각 끝에는 전원 및 신호 경로를 관리하는 바이어스-T 회로가 장착되어 있습니다(그림 1). 이러한 회로에서 인덕터는 고주파 신호를 차단하여 전원 공급을 청정으로 유지하며, 커패시터는 DC 전압이 민감한 직렬 변환기/직병렬 변환기(SerDes) 모듈에 도달하지 않도록 방지합니다.

그림 1: 일반적으로 PoC의 경우 동축 케이블의 양 끝단에 바이어스-T 회로를 사용하여 DC 전원과 고속 데이터 신호를 분리합니다. (이미지 출처: Murata)

바이어스-T 회로의 인덕터 포함 부분을 설계할 때는 세부 사항에 세심한 주의가 필요합니다. 신호가 전력선으로 누설되는 것을 방지하기 위해 인덕터는 넓은 주파수 범위에서 높은 임피던스를 유지해야 합니다. 이 임피던스가 불충분하면 잔류 신호 에너지가 전력 변동을 유발하여 시스템 성능을 저하시킬 수 있습니다.

실제 적용 시 단일 인덕터로는 관심 주파수 대역 전체에서 충분한 신호 차단 효과를 제공하지 못할 수 있습니다. 이러한 이유로, 설계자들은 반공진 현상을 억제하기 위해 여러 개의 인덕터와 함께 그에 동반되는 저항기와 커패시터를 자주 사용합니다. 반공진은 임피던스가 급격히 감소하고 필터링 효과가 상실되는 좁은 주파수 대역을 말합니다. 이러한 효과는 서로 다른 주파수 응답을 가진 여러 구성 요소 간의 상호작용 중에 발생합니다.

PoC 바이어스-T 회로 설계 과제

다중 인덕터 구성은 바이어스-T 회로의 차단 범위를 확장할 수 있지만, 인덕터를 추가할 때마다 반공진 위험이 커져 문제가 복잡해질 수 있습니다. 이러한 상호작용을 관리하려면 저항기와 커패시터가 추가로 필요하며, 이로 인해 부품 수가 늘어나고 설계의 복잡성이 초래될 수 있습니다.

이 복잡성을 줄이기 위해 설계자들은 일반적으로 필요한 인덕터의 수를 최소화하기 위해 노력합니다. 단일 고대역폭 인덕터는 반공진 현상의 발생 가능성을 줄이고, 필터링 일관성을 향상시키며, 소중한 기판 공간을 절약하는 데 도움을 줍니다. 특히 협소한 자동차 서브 시스템에서 공간 절약은 매우 중요합니다.

문제는 임피던스, 주파수 응답 특성 및 기타 전기적 특성 모두를 적절하게 만족시키는 인덕터를 선택해야 한다는 것입니다. 그러나 PoC 응용마다 요구 사항이 다르기 때문에 어려움이 있습니다. 파워트레인, ADAS 및 인포테인먼트 시스템은 전력 전달 방식과 데이터 대역폭 요구 사항이 서로 다르게 조합되어 있으며, 각 카테고리 내에서도 응용 요구 사항 간에 상당한 차이가 존재합니다.

단일 인덕터 기반 PoC 바이어스-T 회로 설계 방법

이러한 요구 사항을 충족시키기 위해 Murata는 자동차 PoC 바이어스-T 회로에 특화되어 설계된 인덕터 제품군을 개발했습니다. 이 제품군은 다양한 성능 특성을 갖추고 있어, 설계자들이 다양한 응용 분야의 요구 사항을 충족시킬 수 있는 유연성을 제공합니다.

이 제품군에 속하는 각 솔루션은 넓은 주파수 범위에서 높은 임피던스를 제공하는데, 이전에는 여러 개의 인덕터를 사용해야만 이를 달성할 수 있었습니다. 이 기능은 바이어스-T 회로의 크기 및 복잡성을 최소화하면서 효과적인 신호 차단 기능을 제공합니다. 다음은 자동차 설계 목표를 지원하는 추가 기능들입니다.

• 현재 정격 전류: 1암페어(A)까지: 파워트레인 및 ADAS 시스템의 센서 및 액추에이터와 같은 고전류 부하에 적합합니다.
• 고전류 포화: 부하 상태에서도 유도 용량을 유지하여 큰 자기장 존재 시 성능 저하를 방지합니다.
• 저 DC 저항: 전원 및 신호 분리 시 손실을 줄여 전체 전력 효율을 향상시킵니다.
• 차폐 구조: 전자파 장해(EMI)를 최소화하여 주변 회로의 안정적인 작동을 지원합니다.
• 콤팩트한 폼 팩터: 기판 공간을 절약하고 밀집된 자동차 레이아웃에서 사용 가능
• -40°C에서 +125°C의 작동 온도 범위: 극한의 자동차 환경에서도 우수한 성능을 지원합니다.
• AEC-Q200 인증 및 RoHS 준수: 자동차 및 환경 기준을 충족합니다.

이러한 기능들을 모두 갖추고 있어 Murata PoC 인덕터 제품군은 자동차 안전 시스템, 인포테인먼트, 파워트레인 제어 등 다양한 응용 분야에 적합합니다.

파워트레인을 위한 PoC 인덕터

파워트레인 서브 시스템은 일반적으로 센서 기반 통신을 포함하며 상대적으로 낮은 데이터 전송 속도를 제공합니다. 이러한 경우에는 LQW43FT180M0HL(그림 2)과 같은 고 유도 용량 솔루션이 안정적인 전원 공급을 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 장치의 18µH 정격은 저주파수에서 높은 임피던스를 제공하여 원하지 않는 신호 성분을 효과적으로 차단합니다. 이 성능은 40MHz의 자체 공진 주파수를 통해 안정적으로 유지되며, 이는 일반적인 파워트레인 데이터 스트림의 주파수 범위와 잘 맞습니다.

그림 2: LQW43FT180M0HL은 자동차 PoC 바이어스-T 회로 내에서 여러 인덕터의 역할을 수행하는 소형 고대역폭 인덕터입니다. (이미지 출처: Murata)

인덕터는 600밀리암페어(mA)로 정격되어 있어 파워트레인 내의 다양한 주변 서브 시스템에 적합합니다. DC 저항이 160mΩ으로 낮아 전력 손실을 최소화하며, 4.5mm × 3.2mm × 3.7mm 크기의 1812 패키지는 다중 인덕터 설계에 비해 더 콤팩트한 대안을 제공합니다.

ADAS를 위한 PoC 인덕터

ADAS 시스템은 고해상도 카메라와 같은 센서에서 발생하는 상당히 높은 수준의 데이터 속도를 처리해야 합니다. LQW32FT2R2M0HL(그림 3)은 바로 그러한 용도를 위해 설계된 중간 유도 용량 2.2µH 솔루션입니다. 200MHz의 자체 공진 주파수는 고대역폭 통신에서 효과적인 신호 차단 기능을 제공합니다.

그림 3: LQW32FT2R2M0HL은 PoC용으로 설계되었으며, 높은 전력 및 높은 데이터 전송 속도를 모두 제공합니다. (이미지 출처: Murata)

고속 데이터 전송 속도 외에도 ADAS 서브 시스템은 일반적으로 전력 요구 사항이 높습니다. 이 인덕터의 1A 정격은 LiDAR 센서나 자동 차선 유지 시스템에 사용되는 액추에이터와 같은 고출력 요구 사항을 충족하도록 설계되었습니다. 3.2mm × 2.5mm × 2.5mm 크기의 1210 패키지에 내장되어 있습니다.

정보 및 엔터테인먼트용 PoC 인덕터

인포테인먼트 시스템은 일반적으로 높은 데이터 전송 속도로 작동하지만 상대적으로 적은 전력을 소비합니다. LQW21FT2R0M0HL(그림 4)은 이러한 요구 사항에 맞게 설계된 콤팩트한 솔루션을 제공합니다. 2µH의 유도 용량과 230MHz의 자체 공진 주파수를 갖춘 이 부품은 고속 오디오, 비디오 및 내비게이션 데이터 스트림에서 일반적으로 사용되는 주파수 범위에서 효과적인 신호 차단 기능을 제공합니다.

그림 4: LQW21FT2R0M0HL은 데이터 전송률이 높은 자동차 PoC를 지원합니다. (이미지 출처: Murata)

400mA 정격으로 설계되어 인포테인먼트 디스플레이 및 멀티미디어 제어 모듈과 같은 저전력 엔드포인트에 적합한 인덕터입니다. 0805 패키지에 내장되어 있으며, 크기가 2.0mm × 1.2mm × 1.8mm로 매우 작아 기판 공간이 제한적인 경우 적합합니다.

바이어스-T 인덕터 선택을 위한 유용한 도구

바이어스-T 회로의 설계 및 특성화는 복잡할 수 있으며, 특히 전기적 성능과 크기 및 시스템 제약 조건을 균형 있게 조정해야 할 때 더욱 그러합니다. 프로세스를 간소화하기 위해 Murata는 PoC 응용에 적합한 인덕터를 평가하고 선택하는 데 도움을 주는 두 가지 무료 온라인 도구를 제공합니다.

첫 번째는 바이어스-T 인덕터 설계 지원 도구(그림 5)입니다. 이 도구를 사용하면 설계자가 DC 전류, 주변 온도, 케이블 특성 등 다양한 파라미터를 입력하여 완전한 바이어스-T 구성을 도출할 있습니다. 인덕터와 함께 적절한 저항기와 커패시터를 자동으로 추천하며, 회로 동작을 더 깊이 이해하기 위해 S-파라미터와 임피던스 곡선을 포함한 시뮬레이션 성능 그래프를 제공합니다.

그림 5: 바이어스-T 인덕터 설계 지원 도구는 자동차용 PoC 인덕터 선택 및 바이어스-T 회로 특성화 과정을 간소화합니다. (이미지 출처: Murata)

바이어스-T 회로를 시뮬레이션하는 것 외에도, 드롭다운 메뉴를 통해 사용자는 계산에 사용할 특정 참조 기준을 선택할 수 있는데 여기에는 다양한 통신 프로토콜과 케이블 파라미터가 포함됩니다. 실제 환경에서의 성능을 더 잘 이해하기 위해 잔류 용량을 고려하는 옵션도 포함되어 있습니다.

더 광범위한 탐색을 위해 Murata의 인덕터 선택 도구(그림 6)는 부품 번호 검색 기능과 응용 분야, 전기적 특성, 크기별로 필터링할 수 있는 기능을 제공합니다. 선택이 완료되면 사용자는 인덕터의 주파수 특성을 시뮬레이션할 수 있으며, 직렬 및 병렬 연결 구성에 대한 S-파라미터도 확인할 수 있습니다. 따라서 적합한 구성 요소를 찾기 위해 데이터시트와 제품 페이지를 일일이 검색할 필요 없이 시간을 절약할 수 있습니다.

그림 6: 인덕터 선택 도구를 사용하면 다양한 응용 분야에 걸쳐 인덕터 성능을 신속하게 평가할 수 있습니다. (이미지 출처: Murata)

결론

PoC용 복잡한 바이어스-T 회로를 설계하는 일도, Murata의 광대역 인덕터를 사용하면 간편하게 진행할 수 있습니다. 각 인덕터는 이전에 여러 부품이 필요했던 회로를 대체할 수 있어 공간 절약과 시스템 안정성 향상이 가능합니다. Murata는 응용 분야별 인덕터 제품군과 강력한 온라인 설계 도구를 제공함으로써 엔지니어들이 PoC 기술을 개발하고 도입하는 데 있어 주요 장애물을 제거하여 더 쉽게 접근할 수 있도록 지원합니다.