여행 및 차량과의 인간 상호 작용에 대한 기대가 급격히 변화하고 있다. 이에 따라 연결성 증가, 자율 주행, 전기화 등의 큰 흐름이 자동차 배선 하네스의 진화를 주도하는 추세이다. 또한 첨단 운전자 보조 시스템을 실현하기 위한 고속 데이터 전송 및 대역폭에 대한 수요도 증가하고 있다. 그런데 이 모든 것들은 ESD (전정기 방전) 스파이크와 서지로부터 보호되어야 가능하다.

저자: 루카스 드로머 (Lukas Droemer), 넥스페리아의 제품 담당 매니저

 

기존의 배선 방식과 차내 네트워크는 상당한 변화를 겪고 있다. 고전적인 플랫 구성 배선 하네스는 그림 1에 나와 있듯이 자동차 이더넷을 근간으로 하는 영역의 구역별 아키텍처로 변경된다. SEED(System-Efficience ESD Design; 시스템 효율을 위한 ESD설계)는 OPEN 얼라이언스의 규정을 준수하는 ESD 보호 기능을 제공한다.

그러나 주변의 버스가 여전히 더 많은 데이터를 전송해야 하므로 기존 프로토콜들이 새로운 버전으로 차량 네트워크에 적용되고 있다. CAN 버스는 현재 차량 내 네트워크의 대명사이지만 최대 초당 12Mbit의 속도를 내며 향후 ADAS 애플리케이션에 필요한 중요한 이점을 제공하는 CAN-FD(유연한 데이터)가 출시되기 전에는 초당 1Mbit로 제한되었었다.

넥스페리아
그림 1. 차내 네트워크의 구역별 아키텍처

초당 2 Mbit는 더 높은 데이터 전송률을 필요로 하지 않는 응용 프로그램들에 적합한 전형적 구현의 최고치이다. CAN-FD는 고속 CAN과 동일한 차동 신호 레벨을 사용한다. 증가한 데이터 속도는 송신 메시지의 우세하고도 열성적인 상태를 단축해서 달성된다.

이 기술은 물리적 계층에서 필요한 사항들을 증가시킨다. 그런데 시스템이 EMC 및 ESD에 더욱 민감해짐에 따라 시스템의 ESD 견고성을 신뢰할 수 있는 수준으로 향상시키기 위해서는 그림 2에서 보듯이 추가적으로 개별 ESD 보호 소자가 필요하다.

넥스페리아
그림 2. 애플리케이션 예제: CAN-FD 보호 소자

자동차 OEM들에 대한 요구 사항 외에도 ESD 보호 소자는 자동차용 IEC61000-4-2 또는 ISO10605와 같은 산업 표준을 충족해야 한다. CAN(FD) 버스의 경우 ESD 소자는 ISO16750-2(26V) 또는 내부 규범(28 V)에 따라 배터리 쇼트 및 및 점프스타트가 견고해야 한다. CAN 트랜시버(방출, 내성: DPI, 펄스, ESD)와 함께 IEC62228-3규정도 준수해야 한다.
CAN은 일반적으로 최대 17pF ~ 30pF, CAN-FD는 최대 6pF ~ 10pF 다이오드 커패시턴스를 요구하므로 데이터 속도가 더 커질수록 신호 무결성과 커패시턴스 매칭이 매우 중요하다. 그래서 넥스페리아는 IVN 제품 시리즈를 개선해 CAN-FD 요구 사항에 맞는 차세대 제품을 개발했다. 다양한 전압, 커패시턴스 및 패키지 구성으로 제공되는 PESD2CANFDx 시리즈는 2x AEC-Q101 요구 사항을 충족한다.

넥스페리아
그림 3. 공간 효율적인 DFN 패키지 설계

리드가 없는 ( leadless ) 패키지의 장점
기존의 SOT 패키지에 비해 리드가 없는 ( leadless ) DFN (Dual Flat No leads; 후면의 접점이 2줄로 되어 있는 이중 패키지)의 CAN-FD가 갖는 장점은 PCB 공간의 절약뿐 아니라 SSD 보호에 중요한 신호 무결성 향상이다.

그림 3에 표시된 신호 무결성의 경우 라우팅이 중요한 지점이다. 기생 정전 용량은 신호 품질을 저하시키지만 매우 낮은 커패시턴스에서는 패키지를 연결하기 위해 수행되는 라우팅이 중요한 역할을 한다. 이 때 가장 중요한 것은 레이어를 전환하지 않고 스텁도 사용하지 않도록 하는 모범 사례인 신호 무결성 설계 준수이다.

S-매개 변수는 신호 무결성을 측정하는 일반적인 방법이다. 표시된 매개 변수들은 차동 삽입 손실(S21dd), 반환 손실(S11dd), 차동에서 공통 모드로의 변환(S21dc)이다. 다음 측정은 VNA로 수행되는데 이미 시스템이 프로브 팁으로 보정되었므로 공간 크기 전후의 흔적은 해제되지 않는다.

그림 4는 최대 6pF의 다이오드 커패시턴스 값을 갖는 SOT23패키지의 PESD2CANFD24V-T와 DFN1110D-3패키지의 PESD2CANFD24V-QB 제품의 동일한 라우팅 구성을 보여준다. 여기에서 점선은 어떤 풋프린트도 없는 상태를 직접 추적한 경우를 나타낸다.

빈 풋 프린트로 측정 시에 특성이 이탈하기 시작하는 시점은 소자가 장착될 때라는 매우 유사한 특성을 볼 수 있다. 여기서 SOT23 패키지의 리드 ( leads )는 나머지로 남아서 패키지 내부의 더 큰 기생 정전용량을 추가하게 된다. 따라서 DFN 솔루션은 기존의 리드가 있는 ( leaded ) 패키지에 비해 특히 삽입 손실(IL) 및 공통 모드 변환(MC)에서 더 나은 신호 무결성을 보여준다.

넥스페리아
그림 4. 무 풋프린트, PESD2CANFD24V-T 및 PESD2CANFD24V-QB의 S-파라미터 비교

보다 구체적인 제품 정보 및 데이터 시트를 보려면 넥스페리아 홈페이지의 최신 선택 테이블(링크) 항목을 클릭하면 된다.

 

저자 소개
루카스 드로머(Lukas Droemer)는 넥스페리아가 후원한 산업공학부의 2014년 이학사 프로그램을 이수한 후 본사에 합류했다. 2018년 4월부터 OPEN 얼라이언스 이더넷과 같은 자동차내 네트워크를 위한 최신 솔루션 등 넥스페리아의 자동차 ESD 보호 및 필터링 포트폴리오의 책임있는 제품 담당 매니저로 재직 중이다. https://www.nexperia.com/

 




추천기사

댓글 남기기