THine Value 밀리미터파 통신으로 HDMI를 무선전송, 무선 전원공급까지 지원하여 '완전한 커넥터리스' 를 실현
2024.12.05
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영상 인터페이스라고 하면 HDMI와 DisplayPort가 대표적이다. 이들 커넥터를 직접 손으로 연결해 컴퓨터와 디스플레이를 연결해 본 경험이 있는 사람은 꽤 많을 것이다. 그것이 집의 컴퓨터라면 한 번 꽂으면 그 다음부터는 '그대로'인 경우가 많을 것이다.
하지만 용도에 따라서는 이 연결 작업을 여러 번 반복해야 하는 경우도 있다. 예를 들어, 공장 생산 라인에서 디스플레이 탑재 장비를 검사하는 경우다. 생산라인을 통해 들어오는 디스플레이 탑재 장비에 영상 인터페이스 커넥터를 연결하고, 검사가 끝나면 커넥터를 분리해 다음 장비에 연결한다. 이 작업을 하루에도 몇 번씩 반복해야 한다. 물론 이러한 작업 자체도 힘들지만, 잦은 연결과 분리로 인해 커넥터가 파손될 위험성이 높아진다.
또한 자동차의 디스플레이(옵션 기기)도 영상 인터페이스를 반복적으로 연결하는 용도 중 하나로 꼽힌다. 아이들이 스마트폰이나 휴대용 게임기 등을 HDMI 등의 영상 인터페이스로 연결하는 경우가 적지 않을 것이다. 이때 영상 인터페이스용 커넥터가 노출되어 있다면, 실수로 물이나 주스를 흘려서 연결 불량으로 이어질 수 있다.
하지만 용도에 따라서는 이 연결 작업을 여러 번 반복해야 하는 경우도 있다. 예를 들어, 공장 생산 라인에서 디스플레이 탑재 장비를 검사하는 경우다. 생산라인을 통해 들어오는 디스플레이 탑재 장비에 영상 인터페이스 커넥터를 연결하고, 검사가 끝나면 커넥터를 분리해 다음 장비에 연결한다. 이 작업을 하루에도 몇 번씩 반복해야 한다. 물론 이러한 작업 자체도 힘들지만, 잦은 연결과 분리로 인해 커넥터가 파손될 위험성이 높아진다.
또한 자동차의 디스플레이(옵션 기기)도 영상 인터페이스를 반복적으로 연결하는 용도 중 하나로 꼽힌다. 아이들이 스마트폰이나 휴대용 게임기 등을 HDMI 등의 영상 인터페이스로 연결하는 경우가 적지 않을 것이다. 이때 영상 인터페이스용 커넥터가 노출되어 있다면, 실수로 물이나 주스를 흘려서 연결 불량으로 이어질 수 있다.
밀리미터파를 통해 HDMI 신호 전송
이러한 문제를 해결하기 위해 당사는 PC와 디스플레이를 연결하는 영상 인터페이스를 무선으로 전송하는 장치 '비접촉식 디스플레이 어댑터' 를 개발했다(그림 1). 영상 인터페이스의 무선 전송은 60GHz 대역의 밀리미터파 통신으로 실현했다.
개발한 장치는 송신 유닛(Tx unit)과 수신 유닛(Rx unit)으로 구성되어 있다(그림 2). 영상 인터페이스는 HDMI를 지원하며, 송신 유닛의 입력과 수신 유닛의 출력은 모두 HDMI이다.
사용법은 매우 간단하다. 각 유닛에 돌출부와 이를 끼울 수 있는 구멍이 있어, 두개의 돌출부를 맞물리도록 두 유닛을 겹쳐 놓기만 하면 송신 유닛과 수신 유닛의 위치만 맞춰주면 영상 신호의 무선 전송이 시작된다(그림 3). 물리적으로 커넥터를 꽂는 작업은 물론 불필요하다.
또한, 비접촉식 디스플레이 어댑터에는 무선 전원공급(WPT : Wireless Power Transfer) 기능이 탑재되어 있어 수신 장치에 전원을 공급할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 두 개의 돌출부를 맞물리도록 겹치면 먼저 무선 전원공급이 시작되고, 그 후에 영상 인터페이스의 무선 전송이 가능해진다. 즉, 수신 장치 측에 전원 커넥터를 연결할 필요가 없다.
따라서 비접촉식 디스플레이 어댑터를 활용하면 사용자는 크게 두 가지 이점을 얻을 수 있는데, 하나는 커넥터 연결 및 분리 작업의 처리량을 향상시킬 수 있다는 것이다. 영상 인터페이스의 커넥터를 꽂고 빼는 작업에 소요되는 시간은 그리 길지 않다. 하지만 그 횟수가 많으면 그 총 시간은 무시할 수 없는 시간이 된다. 그 시간을 줄이면 작업 효율을 크게 높일 수 있다. 서두에서 언급한 디스플레이 탑재 기기의 검사 공정 등에 적용하면 매우 큰 효과를 볼 수 있을 것이다.
또 하나는 커넥터의 마모를 방지할 수 있다는 점이다. 당연히 영상 인터페이스를 무선으로 전송하면 물리적으로 연결하는 커넥터가 필요 없게 된다. 따라서 커넥터의 물리적 마모를 방지할 수 있다.
이 외에도 송신 유닛과 수신 유닛 사이를 전기적으로 절연할 수 있다는 장점도 있다. 영상 인터페이스를 적용하는 용도에 따라서는 높은 안전성을 확보하기 위해 영상 신호의 송신 측과 수신 측을 전기적으로 절연하는 것이 요구된다. 이번에 개발한 장치를 사용하면 이러한 요구에 대응할 수 있게 된다.
그림1 영상 인터페이스를 무선으로 전송하는 '비접촉식 디스플레이 어댑터'
개발한 장치는 송신 유닛(Tx unit)과 수신 유닛(Rx unit)으로 구성되어 있다(그림 2). 영상 인터페이스는 HDMI를 지원하며, 송신 유닛의 입력과 수신 유닛의 출력은 모두 HDMI이다.
그림2 비접촉식 디스플레이 어댑터의 송신부와 수신부
사용법은 매우 간단하다. 각 유닛에 돌출부와 이를 끼울 수 있는 구멍이 있어, 두개의 돌출부를 맞물리도록 두 유닛을 겹쳐 놓기만 하면 송신 유닛과 수신 유닛의 위치만 맞춰주면 영상 신호의 무선 전송이 시작된다(그림 3). 물리적으로 커넥터를 꽂는 작업은 물론 불필요하다.
그림3 쉽게 위치를 맞출수 있다.
또한, 비접촉식 디스플레이 어댑터에는 무선 전원공급(WPT : Wireless Power Transfer) 기능이 탑재되어 있어 수신 장치에 전원을 공급할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 두 개의 돌출부를 맞물리도록 겹치면 먼저 무선 전원공급이 시작되고, 그 후에 영상 인터페이스의 무선 전송이 가능해진다. 즉, 수신 장치 측에 전원 커넥터를 연결할 필요가 없다.
따라서 비접촉식 디스플레이 어댑터를 활용하면 사용자는 크게 두 가지 이점을 얻을 수 있는데, 하나는 커넥터 연결 및 분리 작업의 처리량을 향상시킬 수 있다는 것이다. 영상 인터페이스의 커넥터를 꽂고 빼는 작업에 소요되는 시간은 그리 길지 않다. 하지만 그 횟수가 많으면 그 총 시간은 무시할 수 없는 시간이 된다. 그 시간을 줄이면 작업 효율을 크게 높일 수 있다. 서두에서 언급한 디스플레이 탑재 기기의 검사 공정 등에 적용하면 매우 큰 효과를 볼 수 있을 것이다.
또 하나는 커넥터의 마모를 방지할 수 있다는 점이다. 당연히 영상 인터페이스를 무선으로 전송하면 물리적으로 연결하는 커넥터가 필요 없게 된다. 따라서 커넥터의 물리적 마모를 방지할 수 있다.
이 외에도 송신 유닛과 수신 유닛 사이를 전기적으로 절연할 수 있다는 장점도 있다. 영상 인터페이스를 적용하는 용도에 따라서는 높은 안전성을 확보하기 위해 영상 신호의 송신 측과 수신 측을 전기적으로 절연하는 것이 요구된다. 이번에 개발한 장치를 사용하면 이러한 요구에 대응할 수 있게 된다.
무선화가 용이한 인터페이스 채택
이번에 개발한 비접촉식 디스플레이 어댑터는 'V-by-One HSII'라는 당사의 독자적인 영상 인터페이스 규격에 대응하는 SerDes 칩셋 'THCV333-Q/THCV334-Q'를 채택했다. 왜 V-by-One HSII 지원 칩셋을 선택했을까? 그 이유를 설명하기 전에 무선 전송 시스템 전체의 영상 신호 흐름을 설명해 보자(그림 4).
먼저 송신 유닛에서는 PC에서 출력된 영상 신호(HDMI 신호)를 Parallel신호로 변환을 하고, 'THC63LVDM83D'로 다시 LVDS 신호로 변환한다. 그 후 시리얼라이저 IC 'THCV333-Q'에서 V-by-One HSII 신호로 변환한 후, 밀리미터파 통신 모듈 'SAM3'을 통해 수신 유닛으로 무선 전송한다.
한편, 수신 유닛에서는 송신 유닛과 정반대의 순서로 영상 신호(HDMI 신호)로 되돌리고 디스플레이에 입력한다. 구체적으로는 밀리미터파 신호를 수신한 SAM3에서 V-by-One HSII 신호를 추출하여 디시리얼라이저 IC 'THCV334-Q'에서 LVDS 신호로 변환하고, 'THC63LVDF84C'에서 Parallel신호로 바꾸고, 마지막으로 컨버터에서 영상 신호(HDMI 신호)로 되돌리게 된다.
V-by-One HSII의 가장 큰 장점은 전송 방식에 있다. 구체적으로 설명해보자. V-by-One HSII는 포워드 채널(송신 회로에서 수신 회로로)과 백 채널(수신 회로에서 송신 회로로)이 준비되어 있다. 포워드 채널에서는 영상신호와 함께 제어신호를 패킷에 넣어서 보내며, 백 채널에서는 제어신호만을 보낸다.
THCV333-Q와 THCV334-Q에서는 이 두 신호를 중첩하여 양방향의 적은배선으로 보내는 방법과, 분리해서 단방향/별개의 배선으로 보내는 것을 하나를 레지스터로 설정할 수 있다. 간단히 단방향 통신으로 설정할 수 있기 때문에 무선 전송(광전송)에 적합하다. 실제로 이번 비접촉식 디스플레이 어댑터에서는 밀리미터파 통신 모듈 SAM3를 4개 준비해 포워드 채널과 백채널을 각각 2개씩 사용해 구성했다.
참고로 당사의 기존 기술은, 영상 신호로는 'V-by-One HS'를 기반으로 한 메인 링크를 사용하였고, 제어 신호로는 메인 링크와 별도의 서브 링크를 사용하는 두 개의 전송 채널로 구성되어 있었다. 이 중 메인 링크는 단방향 통신이지만, 서브 링크는 양방향 통신이기 때문에 무선전송(광전송)에는 적합하지 않았다. 즉, 이번에 V-by-One HSII를 채용한 THCV333-Q/THCV333-Q/THCV334-Q를 채용함으로써 HDMI의 무선 전송화를 비교적 쉽게 실현할 수 있게 되었다.
그림 4 송신부와 수신부에서 영상 신호의 흐름
먼저 송신 유닛에서는 PC에서 출력된 영상 신호(HDMI 신호)를 Parallel신호로 변환을 하고, 'THC63LVDM83D'로 다시 LVDS 신호로 변환한다. 그 후 시리얼라이저 IC 'THCV333-Q'에서 V-by-One HSII 신호로 변환한 후, 밀리미터파 통신 모듈 'SAM3'을 통해 수신 유닛으로 무선 전송한다.
한편, 수신 유닛에서는 송신 유닛과 정반대의 순서로 영상 신호(HDMI 신호)로 되돌리고 디스플레이에 입력한다. 구체적으로는 밀리미터파 신호를 수신한 SAM3에서 V-by-One HSII 신호를 추출하여 디시리얼라이저 IC 'THCV334-Q'에서 LVDS 신호로 변환하고, 'THC63LVDF84C'에서 Parallel신호로 바꾸고, 마지막으로 컨버터에서 영상 신호(HDMI 신호)로 되돌리게 된다.
V-by-One HSII의 가장 큰 장점은 전송 방식에 있다. 구체적으로 설명해보자. V-by-One HSII는 포워드 채널(송신 회로에서 수신 회로로)과 백 채널(수신 회로에서 송신 회로로)이 준비되어 있다. 포워드 채널에서는 영상신호와 함께 제어신호를 패킷에 넣어서 보내며, 백 채널에서는 제어신호만을 보낸다.
THCV333-Q와 THCV334-Q에서는 이 두 신호를 중첩하여 양방향의 적은배선으로 보내는 방법과, 분리해서 단방향/별개의 배선으로 보내는 것을 하나를 레지스터로 설정할 수 있다. 간단히 단방향 통신으로 설정할 수 있기 때문에 무선 전송(광전송)에 적합하다. 실제로 이번 비접촉식 디스플레이 어댑터에서는 밀리미터파 통신 모듈 SAM3를 4개 준비해 포워드 채널과 백채널을 각각 2개씩 사용해 구성했다.
참고로 당사의 기존 기술은, 영상 신호로는 'V-by-One HS'를 기반으로 한 메인 링크를 사용하였고, 제어 신호로는 메인 링크와 별도의 서브 링크를 사용하는 두 개의 전송 채널로 구성되어 있었다. 이 중 메인 링크는 단방향 통신이지만, 서브 링크는 양방향 통신이기 때문에 무선전송(광전송)에는 적합하지 않았다. 즉, 이번에 V-by-One HSII를 채용한 THCV333-Q/THCV333-Q/THCV334-Q를 채용함으로써 HDMI의 무선 전송화를 비교적 쉽게 실현할 수 있게 되었다.
백채널의 효과적인 활용
밀리미터파 통신 모듈 SAM3는 한국 센서뷰사의 제품이다. 내부에는 ST마이크로일렉트로닉스의 밀리미터파 통신 트랜시버 IC 'ST60A2'를 비롯해 센서뷰가 자체 개발한 패치 안테나 등이 탑재되어 있다.
무선 충전은 B&PLUS의 무선 충전 모듈을 채택했다. 공급 가능한 전력은 최대 10W이다. 또한, 백채널은 무선 충전의 송신 코일과 수신 코일 사이에 전력 교환이 성립되었음을 알리는 신호의 전송 등에 활용한다. 만약 반대편에 수신 코일이 존재하지 않는 경우, 송신 코일에서 계속 전력을 보내면 큰 전력 손실이 발생한다. 이를 방지하기 위해 수신 장치에서 백채널을 통해 신호가 돌아오지 않으면 무선 전력 공급을 중단하여 전력 손실과 발열을 억제한다.
이상
무선 충전은 B&PLUS의 무선 충전 모듈을 채택했다. 공급 가능한 전력은 최대 10W이다. 또한, 백채널은 무선 충전의 송신 코일과 수신 코일 사이에 전력 교환이 성립되었음을 알리는 신호의 전송 등에 활용한다. 만약 반대편에 수신 코일이 존재하지 않는 경우, 송신 코일에서 계속 전력을 보내면 큰 전력 손실이 발생한다. 이를 방지하기 위해 수신 장치에서 백채널을 통해 신호가 돌아오지 않으면 무선 전력 공급을 중단하여 전력 손실과 발열을 억제한다.
이상