인터넷 차량용 T-Box 참조 디자인 및 솔루션

애로우 일렉트로닉스, 검증된 텔레매틱스 참고 설계 출시

자동차 시장에서 T-Box의 침투율은 빠르게 증가하고 있으며, 2018년 28.7%에서 2019년 32.5%로 상승했습니다. 2020년에는 43%에 도달할 것으로 예상되며, 2025년에는 95%에 이르러 자동차의 표준 장비가 될 것입니다. 주요 요인은 인공지능과 자동차 소프트웨어 및 서비스의 수익입니다. 또한, 5G 네트워크의 부상은 차량 인터넷과 자율 주행을 더욱 촉진할 것입니다. 5G+V2X는 차세대 제품이 될 것이며, 정보 보안의 중요성도 더욱 커질 것입니다.

유럽은 2019년 9월 C-V2X 표준을 채택했으며, 미국은 2019년 11월 C-V2X 표준을 통과시켰습니다. 중국 또한 2020년 1월 C-V2X를 유일한 텔레매틱스 통신 표준으로 채택했으며, 전국적으로 소규모로 노변 장치(RSU)를 배치하기 시작했습니다. 소규모 OBU(4G+C-V2X)는 2021년 말까지 시험 단계에 들어갈 예정입니다. 2021년부터 2025년 사이에는 4G/5G와 C-V2X가 공존할 것으로 예상됩니다. 2025년에는 5G+V2X가 대규모로 배치되며, 고정밀 위치 확인 및 지도 기술이 더욱 중요해질 것입니다.

차량 인터넷(Internet of Vehicles)은 차량, 도로, 클라우드로 나눌 수 있습니다. 현재 Arrow Electronics는 이미 T-Box, OBU, RSU 및 카메라를 위한 참고 디자인을 제공할 수 있으며, 4G(LTE) 신호 불안정을 해결하기 위해 2021년 초에 모바일 앱을 출시할 예정입니다.

애로우 일렉트로닉스는 2018년부터 T-Box 레퍼런스 디자인을 출시했으며, 최신 T-Box 솔루션은 2020년에 OBU(또는 RSU)를 위한 4G와 C-V2X를 결합하였습니다. 2021년 하반기에는 5G+C-V2X OBU(또는 RSU) 레퍼런스 디자인을 출시할 것으로 예상됩니다. 현재 4G+C-V2X 버전에서는 NXP i.MX8QX 애플리케이션 프로세서를 사용하여 V2X 프로토콜을 처리하고, Quectel AG35 및 AG15 통신 모듈을 통합하며, S32K14X 마이크로컨트롤러가 차량 내 시스템 간 메시지를 관리합니다. 또한 Vishay의 전력 보호 및 슈퍼 커패시터가 백업 전력 공급원으로 사용되고, Molex의 커넥터와 안테나를 통해 신뢰성을 높이고 RF 신호 강도를 강화합니다.

당사의 4G+C-V2X OBU(또는 RSU)는 메인 MCU 보드, CORE 보드, Wi-Fi 보드 총 3개의 보드로 구성되어 있습니다. 메인 MCU 보드에는 Quectel AG35 및 AG15 통신 모듈과 관련 인터페이스가 포함되어 있으며, CORE 보드에는 V2X 프로토콜을 내장한 i.MX8 프로세서 SDK가 장착되어 있습니다. 우리는 Wuxi 테스트 사이트에서 검증된 V2X 프로토콜 스택의 무료 및 유료 라이센스를 제공하며, 신뢰할 수 있는 통신 거리(500-800m), 50ms의 매우 짧은 지연시간, 고정밀 위치 측정 기능, 보안 부팅 및 무선 펌웨어 업데이트(FOTA) 기능을 제공합니다. 제품 평가 및 시뮬레이션을 위한 클라우드 플랫폼과 응용 소프트웨어 또한 함께 제공하여 시장 출시 시간을 단축시킬 수 있습니다.

NXP는 강력한 텔레매틱스 프로세서와 마이크로컨트롤러를 제공합니다

NXP는 셀룰러 텔레매틱스(C-V2X) 애플리케이션을 위한 마이크로프로세서(MPU) 및 마이크로컨트롤러(MCU) 시리즈를 출시했습니다. 이 제품들은 주로 i.MX 8DX 계열 제품을 포함하는 i.MX 계열 제품들을 제공합니다. 기존의 T-Box 제품을 업그레이드하거나 새로 T-Box 제품을 설계할 경우, i.MX 8DX는 매우 적합한 SoC입니다.

i.MX 프로세서에는 주로 고급형인 iMX 8QuadMax, iMX 8QuadPlus, iMX 8DualMax와 중급형인 iMX 8QuadXPlus, iMX 8DualXPlus, iMX 8DualX, 그리고 최신 저가 버전인 iMX 8DXL 및 iMX 8SXL이 포함됩니다.

중급형 iMX 8DualX와 비교했을 때, 고급형 iMX 8QuadPlus/iMX 8DualX는 네 개의 Cortex-A35 코어/두 개의 Cortex-A35 코어, 32비트 DRAM DDR3L/LPDDR4, 4K VPU, 두 개의 AVB 지원 기가비트 이더넷 연결, 하나의 USB 3.0 인터페이스와 하나의 USB 2.0 인터페이스를 갖추고 있는 반면, iMX 8DualX는 두 개의 Cortex-A35 코어, 16비트 DRAM DDR3L/DDR4L, 1080P VPU, 하나의 기가비트 이더넷 연결과 하나의 100메가비트 이더넷 연결, 두 개의 USB 2.0 인터페이스를 갖추고 있습니다.

새롭게 도입된 i.MX 8DXL/SXL은 DSP 코어를 생략하고 GPU 및 VPU를 지원하지 않지만, 이더넷 기능이 강화되었습니다. 이 제품은 AVB/TSN 프로토콜을 지원하는 두 개의 기가비트 이더넷 케이블을 갖추고 있으며, 보안 성능이 개선되었습니다. 작은 패키지로 제공되며, 8층 보드 대신 6층 보드를 사용하고 BOM 비용 절감을 위해 HDI 보드도 제거되었습니다. 고객이 USB 3.0이 필요하다면 iMX 8QuadPlus/iMX 8DualPlus를 선택하는 것이 적합합니다.

새로운 제품인 i.MX 8DXL/SXL에 맞추기 위해, NXP는 호환 가능한 전력 관리 칩을 새롭게 도입했습니다. 이전에는 PF8100 또는 PF8101과 매칭되었으나, 새로운 제품은 PF7100과 매칭되어 더 높은 전력과 효율을 제공하고, EMC를 최소화하며, 크기를 최적화하고 ASIL-B 애플리케이션 표준에 부합하도록 설계되었습니다.

추가적으로, NXP는 다양한 모델과 사양을 지원하는 iMX SoC가 포함된 S32K MCU를 도입하였습니다. 플래시 메모리는 128K에서 8MB까지, SRAM은 16K에서 1152K까지 제공하며, eDMA는 최대 32채널을 지원합니다. 다양한 패키지 사양과 보안 규정을 지원합니다. S32K1 시리즈와 비교했을 때, S32K3 시리즈는 효율성을 높이기 위해 M7 코어로 업그레이드되어 최대 4코어를 지원하며, 주파수는 320MHz로, 메모리는 2MB에서 8MB로 업그레이드되었습니다. 보안 기능은 대칭 암호화뿐만 아니라 비대칭 암호화도 지원합니다. OTA 기능은 A/B 스왑, 펌웨어 롤백 등을 지원합니다. 지원되는 보안 규정은 ASIL B에서 ASIL B/D로 업그레이드되었습니다. 이더넷은 TSN 및 AVB 프로토콜을 지원하며, 8채널 CAN FD 및 I3C 인터페이스를 지원하여 더 빠른 전송 속도를 제공합니다. NXP의 MaxQFP 특정 패키지로 제공되며, LQFP 패키지 대비 크기가 최대 65% 감소하였습니다.

Vishay의 슈퍼커패시터는 텔레매틱스 애플리케이션을 위한 백업 전원 공급을 제공합니다

백업 전원이란 무엇인가요? 메인 전원이 사라질 때 시스템은 메인 전원을 대체하기 위해 백업 전원으로 전환됩니다. 차량의 백업 전원은 일반적으로 메인 배터리가 작동을 멈출 때 메인 전원을 대체하고 데이터 저장 또는 클라우드 플랫폼으로의 데이터 전송과 같은 후속 작업을 처리하며 백업 전원을 제공합니다. 백업 전원이 이러한 작업을 처리할 수 있는지는 특히 중요합니다.

12V 입력과 3.3V 출력을 사용하는 T-Box를 NXP S32K144 코어 칩과 AG35 LTE4G 칩에 연결하는 예를 들어보면, 백업 전원을 설계할 때 슈퍼커패시터를 사용할 수 있는 두 가지 접근 방식이 있습니다. 하나는 슈퍼커패시터를 12V에 직접 연결하는 것입니다. 슈퍼커패시터는 일반적으로 3V 또는 2.7V이기 때문에, 이 방식에서는 모든 전원 공급원을 충당하기 위해 여러 슈퍼커패시터를 직렬로 연결해야 하지만, 이 방식에서는 용량 값이 떨어질 수 있습니다. 다른 방법은 슈퍼커패시터를 3.3V 코어 전원에 연결하는 것입니다. 대부분의 시스템은 사고가 발생하면 작동을 멈추기 때문에 코어 전원만 공급하면 되며, 이 방식은 용량 값이 더 높아지고 비용이 더 낮아지며 크기가 더 작아지는 장점이 있습니다. 단점으로는 일부 칩에서 증압이 필요할 수 있다는 점이 있습니다.

LTE 시스템의 동작을 예로 들어 보면, 최고 작동 전압은 3V이고 최저 전압은 2.5V이며, 각 방전은 2A로 500ms가 소요됩니다. 공식에 따르면, 각 펄스에 71.4mV가 필요합니다. 데이터 전송을 완료하려면 7개의 펄스가 필요하다고 가정하면 총 500mV가 필요합니다. 3V에서 500mV를 빼면 정확히 2.5V가 되어 최저 작동 전압이 됩니다. 공식에 따라 계산하면 14F의 용량 값을 가진 슈퍼커패시터가 필요합니다. Vishay는 온라인 계산기를 제공합니다. 위에서 언급한 관련 매개변수를 입력하기만 하면, 슈퍼커패시터에 필요한 용량 값을 알 수 있습니다. 또한 관련 제품의 데이터시트를 직접 참조할 수도 있습니다.

슈퍼커패시터는 두 가지 회로 설계를 가지고 있습니다. 첫 번째는 시스템의 3.3V 소스에 슈퍼커패시터를 연결하는 방식이고, 두 번째는 슈퍼커패시터를 배터리와 병렬로 연결하는 방식입니다. 첫 번째 방법에서는, 시스템 내의 3.3V 소스가 존재하는 한 슈퍼커패시터를 충전할 수 있습니다. 주 전원이 사라지면, 슈퍼커패시터는 방전을 담당하며 전압이 2.5V로 떨어질 때까지 역할을 수행합니다. 더 큰 용량 값을 가지면 3.3V가 복원될 때 슈퍼커패시터는 자동으로 충전되며, 과도한 수동 유지보수가 필요 없고 더 낮은 지원 전압으로 작업할 수 있습니다. 두 번째 방법에서는 슈퍼커패시터를 배터리와 병렬로 연결하기 때문에 더 많은 슈퍼커패시터를 직렬로 연결해야 하며, 이로 인해 용량 값이 더 작아지고 지원 전압이 높아지며 크기가 커지고 돌입 전류를 처리해야 합니다.

Vishay는 V2X 애플리케이션을 위한 슈퍼커패시터 두 가지 시리즈, 즉 220ED2C와 230EDLC-HV를 주로 제공합니다. 220ED2C는 정격 전압이 2.7V이며, 230EDLC-HV는 정격 전압이 3V입니다. 230EDLC-HV는 정격 커패시턴스 값이 8F에서 60F까지 제공되며, 85℃에서 1000시간 이상 사용할 수 있고 빠르게 충전 및 방전이 가능합니다. 또한, 슈퍼커패시터는 NTC 온도 센서와 두꺼운 필름 저항 가열을 통해 저온에서도 작동할 수 있으며, 두 시리즈 모두 AEC-Q200 자동차 표준 인증을 지원합니다.

Molex는 차량용 안정적인 FAKRA 커넥터를 제공합니다

텔레매틱스 애플리케이션의 경우, 시스템의 안정적인 작동을 보장하기 위해 안정적인 커넥터를 채택해야 합니다. Molex의 FAKRA 커넥터는 가장 적합한 솔루션입니다. 원래 독일어에서 FAKRA는 자동차 전문가를 의미합니다. FAKRA 커넥터는 SMB RF 커넥터 인터페이스에서 유래하였으며, 해당 명칭은 다른 커넥터와 다르게 사용됩니다. 예를 들어, 잭은 '수 접점(male contact)'이라 불리며, 플러그는 '암 접점(female contact)'이라 불립니다.

자동차에는 주로 네 가지 유형의 신호 연결 장치가 있습니다. FAKRA 커넥터를 사용하는 동축 연결, 광섬유 연결, 전기 차폐 연결(USB 및 LVDC 등), 그리고 무선 연결(안테나 등)입니다. FAKRA는 주로 지도 및 내비게이션 시스템, 텔레비전 및 비디오 디스플레이, 디지털 신호 방송, 스마트폰, 키 프리 입장 및 시동, 타이어 압력 감지, 스티어링 휠/좌석 예열, 거리 제어, 자동 브레이크 시스템 연결에 사용됩니다.

자동차에서 사용되는 전통적인 FAKRA 연결은 11가지 색상과 해당 코드를 사용합니다. 예를 들어, 코드 C는 파란색 선으로 GPS 시스템에 연결되며, 코드 E는 녹색 선으로 TV 1 신호선에 연결되어 주로 후방 이미지를 위한 용도로 사용됩니다. 새로운 세대의 FAKRA 커넥터는 세 가지 코드와 색상을 추가했으며, 코드 L은 진홍색, 코드 M은 파스텔 주황색, 코드 N은 파스텔 녹색입니다. 이를 통해 자동차 장비를 설계하는 엔지니어들은 더 많은 선택지를 가지게 되며, 이러한 커넥터는 다양한 새로운 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

Molex는 PCB 커넥터와 케이블 어셈블리를 포함하여 다양한 SMB FAKRA 커넥터를 제공합니다. Molex는 2002년부터 주요 자동차 장비 제조업체와 장기적인 파트너 관계를 맺어 왔으며, 400개 이상의 활성 부품 번호를 제공하는 방대한 제품 데이터베이스를 보유하고 있습니다. 또한, 4방향 FAKRA, 2방향 FAKRA, 방수 FAKRA(IP-69K), 와이어 어셈블리 등 고객의 다양한 설계 요구를 충족하기 위한 고도로 맞춤화된 제품을 지원합니다.

결론

텔레매틱스는 현재 가장 잠재력이 있는 시장 응용 분야 중 하나입니다. 애로우 전자는 NXP, Vishay, Molex 및 기타 제조업체와 함께 검증된 완벽한 솔루션을 제공하며, 텔레매틱스 시장 진입에 관심이 있는 기업들에게 최고의 파트너가 될 것입니다. 애로우 전자는 관련 제조업체의 다양한 제품과 기술 서비스를 제공하며, 여러분이 시장 기회를 빠르게 포착할 수 있도록 도와드립니다.