차세대 EU 친환경 설계 요구 사항에 대해 준비가 되셨습니까?

유럽 연합(EU)의 스마트폰 및 태블릿 컴퓨터에 대한 차세대 친환경 설계 규정에 최대한 빨리 대비하는 것이 좋습니다. 이러한 규정은 지속 가능한¹ 설계와 새로운 에너지 레이블 지정² 요구 사항을 포괄하며 장치를 설계, 제작, 제공하는 데 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 규정 중 하나는 소비자가 스마트폰을 쉽게 수리, 업그레이드, 유지보수할 수 있도록 스마트폰을 제작하도록 요구합니다(일부의 경우 교체 가능한 배터리 포함). 또한 소비자 가전에서 이미 발견된 것과 유사한 에너지 레이블을 추가하는 데 초점을 맞춘 규정도 있습니다.

두 규정 모두 2024년에 법적 요건이 될 것으로 예상됩니다.

5G 연결에 대한 성능 요구는 이러한 새로운 지침을 충족하는 것을 더욱 어렵게 만듭니다. 지속 가능하고 에너지 효율적인 태블릿 컴퓨터 및 스마트폰을 설계할 때 고려해야 할 세 가지 중요한 영역은 저전력 메모리, 최적 전력 관리, 효율적인 RF 신호 체인입니다.

이 블로그에서는 일부 친환경 설계 요구 사항과 준비를 위해 취할 수 있는 몇 가지 단계를 간략히 살펴봅니다. Micron Technology의 저전력 이중 데이터 전송률 5(LPDDR5) 메모리 IC, Texas Instruments의 전력 관리 IC(PMIC), Infineon의 안테나 조절 IC 등 고효율을 지원하는 IC를 중심으로 설명합니다.

친환경 설계 규정 예

“Designing mobile phones and tablets to be sustainable – eco-design(지속 가능한 휴대 전화 및 태블릿 설계 – 친환경 설계)”에 관한 규정의 52페이지 부록에 나오는 새로운 요구 사항의 몇 가지 예를 들면 다음과 같습니다.

침투 보호: 1mm 이상의 고체 이물질 및 물방울이 유입되지 않도록 장치를 보호해야 합니다. 입자 및 수분에 대한 침투 보호는 IP 코드로 표현됩니다(표 1). 장치에서 보호 덮개를 제거한 후 침투 보호 테스트를 수행해야 합니다. 아래 설명한 대로 사용자가 교체할 수 없는 수명이 긴 배터리가 탑재된 장치는 IP67 방수 표준에 맞게 설계해야 합니다.

표 1: 최소 침투 보호 요구 사항은 1mm 이상 입자 및 물방울에 대한 것입니다. (표 출처: ec.europa.eu)

배터리 및 배터리 관리: 친환경 설계 표준에서는 사용 용량이 공칭 정격의 80%에 도달할 때까지 연속 충전/방전 주기에서 배터리를 테스트하도록 요구합니다. 제품 수명 시험에서는 장치의 기본 충전 알고리즘을 사용합니다. 주기 수는 가장 가까운 100 단위 수로 내림됩니다. 예를 들어 배터리가 524주기 후에 정격 용량의 80%에 도달할 경우 500주기로 평가됩니다.

모든 장치는 배터리 수명이 500주기 이상이어야 합니다. 사용자는 언제든지 배터리 상태를 확인하여 용량이 심하게 저하된 경우 배터리를 교체할 수 있어야 합니다. 수명이 1000 주기 이상이고 IP67 표준에 따라 방수 처리된 스마트폰은 예외입니다. 이 경우 사용자가 배터리를 교체할 필요가 없습니다. 이러한 스마트폰의 배터리는 전문 기술자가 교체해야 합니다.

배터리 관리 요구 사항:

1. 이러한 장치는 배터리가 전체 용량의 80%에 도달하면 충전을 종료할 수 있는 사용자 제어 가능 충전 기능을 포함해야 합니다.
2. 또한 이러한 장치는 충전 수준이 정격 용량의 95% 미만으로 떨어지지 않는 한 완전히 충전된 배터리에 전력이 공급되지 않도록 보장하는 기본 설정을 포함해야 합니다. 사용자가 이 설정을 비활성화할 수 있어야 합니다.

적절한 전력 관리 이외에 낮은 전력 소비는 새로운 친환경 설계 지침의 배터리 수명 주기 요구 사항을 충족하는 데 중요한 요소입니다.

많은 메모리 대역폭, 적은 전력 소비

물론, 에너지 효율적인 부품을 사용하여 저전력을 실현할 수 있습니다. 먼저, 모바일 핸드셋용 LPDDR5 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)로 전환할 수 있습니다. Micron Technology의 MT62F1G64D8CH-031 같은 장치는 이전 세대 메모리 장치에 비해 전력 효율이 20% 더 우수합니다. 이 DRAM은 5G 스마트폰의 핵심 요구 사항인 최대 6.4Gbits/s 최고 속도에서 데이터를 처리할 수 있으며 이전 DRAM 설계보다 50% 더 빠릅니다.

그림 1: MT62F1G64D8CH-031과 같은 LPDDR5 메모리 장치는 이전 세대 장치보다 20% 더 전력 효율적입니다. (이미지 출처: Micron Technology)

전력 관리 IC

Texas Instruments의 LP8758A PMIC는 스마트폰 및 태블릿에서 프로세서의 전력 소비를 최적화할 수 있습니다. 이 장치는 독립 강압 DC-DC 컨버터에서 네 가지 출력 전압을 제공하며 I²C 직렬 인터페이스로 제어할 수 있습니다. LP8758A는 펄스 폭 변조(PWM)와 펄스 주파수 변조(PFM) 간에 자동으로 전환하여 폭넓은 출력 전류 범위에서 효율성을 최대화합니다(그림 2). 에너지 소비를 효율적으로 모니터링하기 위해 LP8758A는 외부 전류 감지 저항기를 사용하지 않고 부하 전류 측정을 제공할 수 있습니다.

그림 2: LP8758A PMIC는 폭넓은 출력 전류 범위에서 높은 효율성을 제공합니다. (이미지 출처: Texas Instruments)

안테나 조절

효율적인 RF 신호 체인은 스마트폰 및 태블릿 컴퓨터의 에너지 효율에 중요한 다른 요소입니다. Infineon Technologies의 BGSC2341ML10은 조절 가능한 임피던스 정합, 조절 가능한 필터링, 안테나 조절과 같은 RF 조절 응용 분야에 맞게 설계되었습니다. 이 IC는 모바일 산업 프로세서 인터페이스(MIPI) 2.1 RF 프런트 엔드(RFFE) 프로토콜을 사용하여 제어되는 8상태 조절 가능 커패시터 및 낮은 '온스테이트' 저항 단극 쌍투(SPDT) RF 스위치를 통합합니다(그림 3).

그림 3: BGSC2341ML10은 조절 가능한 커패시터(C1) 및 SPDT RF 스위치(SW1 및 SW2)를 포함합니다. (이미지 출처: Infineon Technologies)

결론

스마트폰 및 태블릿에 대한 새로운 친환경 설계 요구 사항은 EU에서 2024년에 적용될 예정이므로 이제 준비해야 합니다. 지속 가능성과 수리 가능성을 염두에 두고 이 새로운 규칙에서는 현재 소비자 가전에서 발견되는 레이블을 모방하는 에너지 효율성 레이블 지정을 포함합니다. 위에서 살펴본 바와 같이 차세대 시스템에 대한 까다로운 저전력 요구 사항을 충족하기 위해 설계자는 즉시 사용 가능한 고급 LPDDR5 DRAM 메모리, PMIC 및 안테나 조절 IC로 전환할 수 있습니다.

참고 자료

1: 지속 가능한 휴대 전화 및 태블릿 설계 – 친환경 설계

2: 휴대 전화 및 태블릿의 에너지 레이블 지정 – 소비자에게 환경 영향 알림