범용은 아닌 USB의 기술 이해하기

1990년대에 가전 제품을 보거나 설계한 경험이 있는 엔지니어라면, 표준 데이터 및 전원 연결이 없는 세상이 주는 트라우마에 대해 알고 있을 것입니다. USB(범용 직렬 버스)가 나오기 '이전'의 시대에 살았다면, 아직도 여러 형태와 크기의 케이블을 갖고 있을지도 모릅니다.

A USB-C 리셉터클 커넥터. (이미지: DigiKey, Amphenol ICC.)

사용 가능한 옵션을 모두 감안해 볼 때, USB의 '범용(Universal)'이라는 표현은 잘못된 것처럼 느껴질 수도 있습니다. USB가 등장하기 전에는 모든 회사와 모델이 독점적인 전원과 데이터 연결을 갖추고 있었습니다. 시간이 좀 걸리긴 했지만 USB는 이 분야에 큰 변화를 가져왔습니다. 이제 USB-C가 진정한 범용 USB의 역할을 하므로, 엔지니어링이 더욱 단순화되어 보입니다.

그렇다면 여러 가지 USB 옵션은 어떻게 되나요?

USB 호환 전자 제품을 설계할 때, 엔지니어는 여전히 다양한 결정을 내려야 합니다. 다음은 기본적으로 알아야 할 사항에 대한 요약입니다. 첫째, USB는 다음 네 가지 범주로 분류됩니다.

1. 플러그(일명 커넥터): USB 케이블/장치의 물리적 부분으로, 다른 장치에 삽입되는 부분입니다.
2. 포트: 플러그가 삽입되는 장치의 부분입니다.
3. 유형: USB 플러그 및/또는 포트의 물리적 모양을 정의합니다.
4. 버전: 장치와 호환되는 특정 USB 프로토콜입니다.

플러그는 유형 A와 유형 B로만 제공되었습니다.

USB-A 리셉터클 커넥터. (이미지: DigiKey, Amphenol ICC.)

유형 A는 오랫동안 잘 사용되어 왔으며 새로운 버전은 이전 버전과 호환되었습니다. 그러나 각 버전에서 포트의 색상이 변경되고 핀이 추가되곤 했습니다(데이터 및 충전 속도 향상을 위해). 이제 이 유명한 USB 플러그가 Type-C로 대체되고 있습니다.

USB 버전 1.0 ~ 2.0(왼쪽) 및 버전 3.0 ~ 3.2(오른쪽)용 USB-B 리셉터클 커넥터. (이미지: DigiKey, On Shore Technology Inc. [왼쪽], Amphenol ICC [오른쪽].)

유형 B는 흔하지 않으며, 프린터와 같은 대형 전자 제품에 주로 사용됩니다. 다른 USB 버전의 경우, 크기가 더 큰 유형 B 포트 및 플러그의 모양이 변경됩니다.

크기가 더 큰 USB 플러그는 이후 USB 미니-A, 마이크로-A, 미니-B, 마이크로-B의 등장으로 '표준' 크기라는 명칭으로 불리게 되었습니다. 호스트 장치가 작은 경우가 아니라면 대부분의 전자 제품은 표준 유형 A 플러그와 포트를 채택하기 때문에, 미니-A와 마이크로-A는 드물었습니다. 대부분의 주변 장치는 당시 사용 가능한 것을 고려하여 미니-B 및 마이크로-B를 채택했습니다. 실제로, 사람들이 흔히 ‘미니 USB’와 ‘마이크로 USB’라고 하면 떠올리는 모양이 바로 USB 미니-B와 마이크로-B입니다.

USB 미니-B 리셉터클 커넥터(왼쪽) 및 USB 마이크로-B 리셉터클 커넥터(오른쪽). (이미지: DigiKey, Hirose Electric Co Ltd [왼쪽], Amphenol ICC [오른쪽].)

이전 버전과 마찬가지로, 마이크로-B는 USB 버전 3.2와 함께 사용할 때 모양이 바뀌지만 이 역시 흔한 경우는 아닙니다.

USB 버전 3.2 마이크로-B 리셉터클 커넥터(이미지: DigiKey, Amphenol ICC.)

구형 USB 코드의 경우, 대부분 한 쪽은 유형 A이고 다른 한 쪽은 표준, 미니 또는 마이크로 등 유형 B인 경우가 많았습니다. 이는 USB 데이터 전송은 항상 양방향으로 이루어졌지만, 공급된 전력은 호스트 장치(유형 A 포트)로부터 주변 장치(유형 B 포트)로만 이동했었기 때문입니다. 최신 버전의 USB4 및 USB4 2.0에서는 전력이 양방향으로 공급되므로, 호스트와 주변 장치 모두에서 USB-C를 사용해야 합니다.

엔지니어가 전자 제품을 개발할 때 어떤 USB 옵션을 선택해야 할까요?

그 답은 응용 제품에 따라 달라집니다.

표준 USB-A는 여전히 널리 사용되므로, 이전 버전과의 호환성이 염려된다면 이 옵션을 사용하는 것이 가장 좋습니다.

고속 충전 및 데이터 전송률을 위해서는, 48V 및 5A에서 40Gbps 및 240W를 유지하면서 양방향으로 충전할 수 있는 USB-C가 최적의 옵션입니다. USB-C는 진정한 범용 USB 옵션이라고도 할 수 있는데, 호스트 장치 및 주변 장치와 함께 사용할 수 있습니다. USB-C의 코드는 양방향이며, 포트는 완전히 양면으로 사용할 수 있어 절대 뒤바뀔 염려가 없습니다. 현재의 USB 버전과 호환되는 유일한 포트인 이 포트는 기술의 미래를 상징하기도 합니다. 사실, 이제 USB 충전기와 호스트 장치에서는 유형 A 커넥터를 사용하지 않는 경우가 많아질 정도로 USB-C의 인기가 높아졌습니다.

하지만 엔지니어링이 항상 미래에 대한 준비성과 이전 버전과의 호환성만을 고려하는 것은 아닙니다. 비용, 부품 가용성 및 기존 시스템이 결정에 영향을 미칩니다. 따라서, 최종 결정을 내릴 때는 다음 차트를 참고하면 좋습니다.

결론적으로, USB의 'U'가 있다고 해서 이 커넥터가 '범용' 커넥터라는 의미는 아닙니다. 아직은 말이죠. 따라서 설계와 관련된 모든 결정을 함에 있어서는 반드시 여러 가지 사항을 고려해야 합니다. 데이터 전송률, 전력 전송 사양 및 커넥터 크기는 모두 설계에 적합한 USB 사양을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.