THine Value 금속과 빛, 그리고 공간으로 확장되는 IOHA:B의 연결 방식
2026.04.21
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특정 용도를 위해 개발된 반도체 소자라도 시장에 보급되면, 당초에는 그다지 예상하지 못했던 용도로 사용되기 시작하는 경우가 적지 않다. 특히 범용성이 높은 반도체 일수록 그러한 상황이 발생하기 쉽다.
자인일렉트로닉스의 시리얼 트랜시버 IC 'THCS253A/254A'도 바로 그런 범용성이 높은 반도체 디바이스 중 하나다. 이 시리얼 트랜시버 IC는 ‘IOHA:B(아이오허브)’라는 제품 시리즈명으로 알려져 있으며, 이 IC를 사용하면 영상 신호나 이미지 신호, 범용 입출력(GPIO: General Purpose Input Output) 신호, I2C 신호 등 다양한 신호를 하나로 묶어서 2페어 차동 케이블로 전송할 수 있게 된다 (그림 1).
즉, 최대 35개의 신호선을 불과 2페어(4개)의 시리얼 신호로 변환할 수 있다. 이 케이블 수를 줄임으로써 얻을 수 있는 이점은 매우 많다 (표 1). 예를 들면, 케이블 묶음을 얇고 가볍게 만들 수 있다는 점, 케이블 연결 작업을 간소화할 수 있다는 점 등이다.
당초, 자인일렉트로닉스에서는 IOHA:B의 용도로 프린트 회로 기판 간의 연결이나 전자 기기 간의 연결을 상정하고 있었으며, 구체적인 애플리케이션으로는 산업 기기, 의료 기기, 측정 장치, 제조 장치, 디스플레이 시스템 등을 고려하고 있었다. 물론, 이러한 상정 등은 예상한 대로였고, 그러한 애플리케이션 중심으로 도입이 진행되었다.
자인일렉트로닉스의 시리얼 트랜시버 IC 'THCS253A/254A'도 바로 그런 범용성이 높은 반도체 디바이스 중 하나다. 이 시리얼 트랜시버 IC는 ‘IOHA:B(아이오허브)’라는 제품 시리즈명으로 알려져 있으며, 이 IC를 사용하면 영상 신호나 이미지 신호, 범용 입출력(GPIO: General Purpose Input Output) 신호, I2C 신호 등 다양한 신호를 하나로 묶어서 2페어 차동 케이블로 전송할 수 있게 된다 (그림 1).
그림 1 IOHA:B의 활용 시나리오
즉, 최대 35개의 신호선을 불과 2페어(4개)의 시리얼 신호로 변환할 수 있다. 이 케이블 수를 줄임으로써 얻을 수 있는 이점은 매우 많다 (표 1). 예를 들면, 케이블 묶음을 얇고 가볍게 만들 수 있다는 점, 케이블 연결 작업을 간소화할 수 있다는 점 등이다.
표 1 IOHA:B의 연결 방식
당초, 자인일렉트로닉스에서는 IOHA:B의 용도로 프린트 회로 기판 간의 연결이나 전자 기기 간의 연결을 상정하고 있었으며, 구체적인 애플리케이션으로는 산업 기기, 의료 기기, 측정 장치, 제조 장치, 디스플레이 시스템 등을 고려하고 있었다. 물론, 이러한 상정 등은 예상한 대로였고, 그러한 애플리케이션 중심으로 도입이 진행되었다.
광섬유 전송과 밀리미터파 통신채택
그런데 이러한 시장이 확대됨에 따라, 일부 사용자들로부터 다른 용도로도 사용하고 싶다는 요청이 많이 접수되었다. 예를 들어, “100m 정도의 장거리 전송을 실현하고 싶다”, “EMC(전자기 호환성) 내성을 높이고 싶다”, “송신과 수신 간에 전기적 절연을 확보하고 싶다”, “방진, 방적, 방염 기능을 갖춘 데이터 전송을 실현하고 싶다”“비접촉 연결로 기계적 스트레스를 제거하고 싶다”, “탈착 가능한 커넥터 연결을 실현하고 싶다” 는 등의 요구 사항이다. 이 모든 요구 사항은 일반적인 차동 케이블을 사용해서는 충족할 수 없다. 이에 자인일렉트로닉스는 IOHA:B에 광섬유 전송(AOC: Active Optical Cable)이나 밀리파 통신을 결합한 데모 키트를 개발했다. 이미 이러한 데모 키트는 전시회 등에서 공개하고 있다.
사실, IOHA:B는 광섬유 전송이나 밀리파 통신과의 궁합이 매우 좋다. 광섬유 전송이라면, IOHA:B의 데이터 출력부에 광 트랜스미터(송신기), 데이터 입력부에 광 리시버(수신기)를 장착하고 광섬유를 연결하기만 하면 된다. 이렇게 하면 2개의 광섬유를 통한 양방향 데이터 전송(전이중 통신)을 실현할 수 있다. 밀리파 통신도 마찬가지다.IOHA:B의 데이터 출력부에 밀리파용 송신기(트랜스미터), 데이터 입력부에 밀리파용 수신기(리시버)를 장착하기만 하면, 밀리파를 이용한 양방향 데이터 전송(전이중 통신)이 가능해진다.
광섬유 전송을 채택하면, 예를 들어 최대 100m 정도의 데이터 전송이 가능해져, 감시 카메라로 촬영한 영상을 조금 떨어진 곳에 있는 제어실로 전송하는 등의 활용이 가능해진다. 반면 밀리파 통신을 채택하면 기계적인 스트레스가 없는 비접촉식 연결이나 탈착 가능한 커넥터 연결 등을 실현할 수 있다. 그 결과, 제조 라인을 따라 이동하는 전자 기기에 기계적인 커넥터를 연결하지 않고도 비접촉식으로 테스트를 한다거나, 카메라 기능을 전자 기기 본체로부터 탈부착 가능하게 함으로써 디자인의 자유도를 높이는 것이 가능해진다.
광섬유 전송이나 밀리파 통신을 채택하면 EMC 내성을 높이거나 전기적 절연을 확보하는 것도 가능하다. 또한 밀리파 통신은 방진, 방적, 방염에 대응한 데이터 전송도 실현할 수 있게 된다.
사실, IOHA:B는 광섬유 전송이나 밀리파 통신과의 궁합이 매우 좋다. 광섬유 전송이라면, IOHA:B의 데이터 출력부에 광 트랜스미터(송신기), 데이터 입력부에 광 리시버(수신기)를 장착하고 광섬유를 연결하기만 하면 된다. 이렇게 하면 2개의 광섬유를 통한 양방향 데이터 전송(전이중 통신)을 실현할 수 있다. 밀리파 통신도 마찬가지다.IOHA:B의 데이터 출력부에 밀리파용 송신기(트랜스미터), 데이터 입력부에 밀리파용 수신기(리시버)를 장착하기만 하면, 밀리파를 이용한 양방향 데이터 전송(전이중 통신)이 가능해진다.
광섬유 전송을 채택하면, 예를 들어 최대 100m 정도의 데이터 전송이 가능해져, 감시 카메라로 촬영한 영상을 조금 떨어진 곳에 있는 제어실로 전송하는 등의 활용이 가능해진다. 반면 밀리파 통신을 채택하면 기계적인 스트레스가 없는 비접촉식 연결이나 탈착 가능한 커넥터 연결 등을 실현할 수 있다. 그 결과, 제조 라인을 따라 이동하는 전자 기기에 기계적인 커넥터를 연결하지 않고도 비접촉식으로 테스트를 한다거나, 카메라 기능을 전자 기기 본체로부터 탈부착 가능하게 함으로써 디자인의 자유도를 높이는 것이 가능해진다.
광섬유 전송이나 밀리파 통신을 채택하면 EMC 내성을 높이거나 전기적 절연을 확보하는 것도 가능하다. 또한 밀리파 통신은 방진, 방적, 방염에 대응한 데이터 전송도 실현할 수 있게 된다.
광 공간 전송으로 360도 회전 실현
하지만 광섬유 전송이나 밀리파 통신이라 해도 만능은 아니다. IOHA:B에 광섬유 전송이나 밀리파 통신을 조합하는 것만으로는 사용자의 요구를 충족시키지 못하는 경우가 존재하는 것도 사실이다. 그 대표적인 사례가 다음 두 가지이다.
하나는 “밀리파 통신으로 무선화를 하고 싶지만, 번거로움을 좀 줄이고 싶다”는 경우다. 일반적으로 전파를 사용하는 경우, 전파법에 근거한 기술기준 적합 증명(기술적합)을 취득해야 한다. 그 취득에 어느 정도의 번거로움이 따르게 된다.
또 다른 경우는 “인터페이스 부위를 회전시키는 기구를 도입하고 싶다”는 경우이다. 차동 케이블을 사용해도 슬립 링을 구현할 수는 있지만, 마모 등으로 인한 수명 문제가 항상 따라다닌다.
이 두 가지 경우에 대응하기 위해 자인일렉트로닉스는 새로운 연결 방식을 지원하는 데모 키트를 개발했다(그림 2).
채택한 접속 방식은 광공간 전송이다. 광공간 전송이란 레이저 광을 공간에 투사하고, 이를 포토다이오드로 수광하여 데이터를 송수신하는 방식이다. 즉, 무선 접속 방식이다. 전송 가능한 거리는 최대 50mm로 비교적 짧지만, 전송 속도는 최대 4G비트/초까지 대응할 수 있다.
다만 단순히 IOHA:B의 데이터 출력부에 일반적인 레이저를, 데이터 입력부 각각에 일반적인 포토다이오드를 장착하는 것만으로는 360도 회전에 대응할 수 없다.양방향 데이터 전송(전이중 통신)을 지원해야 하기 때문이다. 레이저 광은 직진하기 때문에 360도 회전시키면, 밀리파 통신과 마찬가지로 레이저와 포토다이오드가 서로 마주보지 않게 된다. 그래서 이번에는 특수한 형상의 광 디바이스를 채택했다. 구체적으로는 미국 Broadcom사의 광 트랜시버 ‘AFBR-FS50B00’이다(그림 3).
이 광 트랜시버는 정면에서 보면 중심부에 원형의 수직 공진형 면방출 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)가 배치되고, 그 바깥쪽에 포토다이오드를 동심원 형태로 배치한 구조를 취한다. 이 광 트랜시버 2개를 인터페이스 부위의 양쪽에 마주 보도록 실장한다. 레이저 광은 약간 퍼지면서 공간을 전파하고, 마주 보는 포토다이오드에서 수광 하는 방식이다(그림 4). 따라서 마주 보는 광 트랜시버를 잇는 직선을 축으로 한 회전이라면, 360도 회전해도 데이터 전송이 끊어지지 않는다. 물론 전파를 사용하지 않기 때문에, 기술적 적합성 인증을 취득해야 하는 번거로움에서 벗어날 수 있다.
IOHA:B와 광공간 전송의 조합이 목표로 하는 애플리케이션은 크게 3가지가 있다. 첫 번째는 회전식 커넥터인 슬립 링이다. 두 번째는 로봇의 관절이다. 세 번째는 탈부착이 가능한 카메라나 디스플레이이다. 이러한 애플리케이션에 적용하면, 복잡한 기계 구조를 사용하지 않고도 회전부에 대해 고속 인터페이스를 간단히 구현할 수 있게 된다.
물론, 이 3가지 구체적인 예 외에도 적용 가능한 애플리케이션은 많이 존재할 것이다. 만약 아이디어가 있는 분이 계시다면, 자인 일렉트로닉스에 꼭 연락해 주길 바란다. 함께 새로운 애플리케이션을 만들어 나가고 싶다.
이상
하나는 “밀리파 통신으로 무선화를 하고 싶지만, 번거로움을 좀 줄이고 싶다”는 경우다. 일반적으로 전파를 사용하는 경우, 전파법에 근거한 기술기준 적합 증명(기술적합)을 취득해야 한다. 그 취득에 어느 정도의 번거로움이 따르게 된다.
또 다른 경우는 “인터페이스 부위를 회전시키는 기구를 도입하고 싶다”는 경우이다. 차동 케이블을 사용해도 슬립 링을 구현할 수는 있지만, 마모 등으로 인한 수명 문제가 항상 따라다닌다.
이 두 가지 경우에 대응하기 위해 자인일렉트로닉스는 새로운 연결 방식을 지원하는 데모 키트를 개발했다(그림 2).
그림 2 IOHA:B에 광공간 전송을 적용한 데모 키트 블록도
채택한 접속 방식은 광공간 전송이다. 광공간 전송이란 레이저 광을 공간에 투사하고, 이를 포토다이오드로 수광하여 데이터를 송수신하는 방식이다. 즉, 무선 접속 방식이다. 전송 가능한 거리는 최대 50mm로 비교적 짧지만, 전송 속도는 최대 4G비트/초까지 대응할 수 있다.
다만 단순히 IOHA:B의 데이터 출력부에 일반적인 레이저를, 데이터 입력부 각각에 일반적인 포토다이오드를 장착하는 것만으로는 360도 회전에 대응할 수 없다.양방향 데이터 전송(전이중 통신)을 지원해야 하기 때문이다. 레이저 광은 직진하기 때문에 360도 회전시키면, 밀리파 통신과 마찬가지로 레이저와 포토다이오드가 서로 마주보지 않게 된다. 그래서 이번에는 특수한 형상의 광 디바이스를 채택했다. 구체적으로는 미국 Broadcom사의 광 트랜시버 ‘AFBR-FS50B00’이다(그림 3).
그림 3 이번에 채택한 광 트랜시
이 광 트랜시버는 정면에서 보면 중심부에 원형의 수직 공진형 면방출 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)가 배치되고, 그 바깥쪽에 포토다이오드를 동심원 형태로 배치한 구조를 취한다. 이 광 트랜시버 2개를 인터페이스 부위의 양쪽에 마주 보도록 실장한다. 레이저 광은 약간 퍼지면서 공간을 전파하고, 마주 보는 포토다이오드에서 수광 하는 방식이다(그림 4). 따라서 마주 보는 광 트랜시버를 잇는 직선을 축으로 한 회전이라면, 360도 회전해도 데이터 전송이 끊어지지 않는다. 물론 전파를 사용하지 않기 때문에, 기술적 적합성 인증을 취득해야 하는 번거로움에서 벗어날 수 있다.
그림 4 광 공간 전송 데모 키트 외관
IOHA:B와 광공간 전송의 조합이 목표로 하는 애플리케이션은 크게 3가지가 있다. 첫 번째는 회전식 커넥터인 슬립 링이다. 두 번째는 로봇의 관절이다. 세 번째는 탈부착이 가능한 카메라나 디스플레이이다. 이러한 애플리케이션에 적용하면, 복잡한 기계 구조를 사용하지 않고도 회전부에 대해 고속 인터페이스를 간단히 구현할 수 있게 된다.
물론, 이 3가지 구체적인 예 외에도 적용 가능한 애플리케이션은 많이 존재할 것이다. 만약 아이디어가 있는 분이 계시다면, 자인 일렉트로닉스에 꼭 연락해 주길 바란다. 함께 새로운 애플리케이션을 만들어 나가고 싶다.
이상