개요: 자동차 비디오 애플리케이션에서 비디오 간섭을 최소화하는 한 가지 방법은 아날로그 신호 대신 디지털 신호를 사용하는 것이다. 디지털 비디오 전송을 위한 가장 효과적인 인터페이스는 낮은 신호 진폭(0.35V)과 차동 구조로 전자기 방사를 최소화하는 저전압 차동 신호전송(LVDS)으로 알려져 있다.
최근 자동차에서 가장 빠르게 성장하고 있는 신호 형식은 비디오이다. 수년 전만 해도 자동차에 설치된 비디오 디스플레이는 내비게이션 시스템을 위한 작은 스크린이 전부였다. 고급 자동차들은 여기에다 TV 신호를 추가했지만 화면은 같았다. 그러나 비디오 신호는 TV 수신기에서 디스플레이까지 꽤 먼 거리를 전송해야 했으며 이미지 정보 형식도 CVBS(Composite Video Baseband Signal)라고 부르는 아날로그 비디오 신호였다.
최근 몇 년 사이에 여러 개발에 힘입어 비디오 소스, 디스플레이 및 관련 비디오 전송 라인의 이용이 크게 확대되고 있다. 본문에서는 이들 개발 중 일부를 살펴본다.
내비게이션 디스플레이는 운전자에게 잘 보이는 위치에 장착할 수 있도록 내비게이션 장치와 분리되었다. 이러한 서브시스템의 분리는 추가적인 비디오 전송 라인을 필요로 한다. 오늘날에는 속도, rpm, 자동차 상태 등을 표시하는 전자 패널, 뒷좌석에서 TV나 DVD를 볼 수 있는 멀티미디어 디스플레이를 포함하여 더욱 더 많은 디스플레이가 자동차에 탑재되고 있다. 각각의 디스플레이는 비디오 전송 라인을 필요로 한다.
미래의 자동차에는 후방 미러와 윙 미러를 위한 카메라, 나이트 비전 카메라, 도로 표시를 인식하는 카메라와 같이 운전을 도와주는 다양한 카메라가 장착될 것이다. 여기에서도 각각의 카메라는 디스플레이에 라우팅 되는 자체적인 비디오 전송 라인을 필요로 한다.
자동차에 전송 라인이 많아지고 특히 개별 라인의 길이가 길어지면서 아날로그 CVBS 신호 전송에는 더욱 많은 문제가 발생한다. 특히 이 신호 형식은 자동차에서 볼 수 있는 전자기 간섭에 대한 내성이 없으며, 더욱 커진 디스플레이와 높은 해상도는 비디오 신호 간섭을 더욱 증가시킨다. (이러한 간섭이 나타나는 한 예가 다중경로 효과이다.)
비디오 간섭을 최소화하는 한 가지 방법은 아날로그 신호 대신 디지털 신호를 사용하는 것이다. 그러나 비디오 라인 자체는 간섭의 원인이 아니라는 사실을 기억하도록 한다. 저전압 차동 신호전송(LVDS)은 디지털 비디오 전송에 가장 적합한 인터페이스로 알려져 있다. LVDS는 낮은 신호 진폭(0.35V)과 차동 구조로 LVDS 라인에 전자기 방사를 최소화하는 최고의 품질을 제공한다.
현재 자동차 비디오 시스템에 내장되고 있는 MAX9213/MAX9214 칩셋과 같은 1세대 소자는 내비게이션 디스플레이와 LVDS 송/수신 부품을 연결하기 위해 클록 출력 1개와 데이터 출력 3개를 제공한다(그림 1). 3개의 병렬 출력은 이미지 전송에 필요한 데이터 전송률을 달성하기 위해 필요하며, 클록 출력은 전송을 동기화하는 데 사용된다.
그림 1. 8개의 출력을 제공하는 1세대 LVDS 송신기/수신기
1세대 LVDS 소자의 한 가지 단점은 필요한 데이터 전송률로 전송을 달성하려면 4개의 트위스트 페어 와이어(8개 출력)가 필요하다는 점이다. 8개의 출력은 기계적 경직성으로 인해 설치하기가 쉽지 않고 한 쌍의 와이어보다 값이 더 비싸다. 이에 대처하기 위해 향상된 2세대 LVDS 소자가 개발되었다. MAX9247/MAX9248 칩셋(그림 2)과 같은 IC는 단 한 쌍의 와이어만을 사용하여 이미지 데이터와 클록을 전송한다.
그림 2. 2개의 출력을 제공하는 2세대 LVDS 송신기/수신기
이 2세대 칩셋(항상 LVDS가 내장되는 것은 아니다)의 중요한 특징은 선택적으로 출력을 용량성으로 디커플링할 수 있다는 데 있다. 이러한 디커플링은 송신기와 수신기 간에 수 볼트가 될 수 있는 접지 오프셋 문제를 방지한다. DC 커플링 인터페이스에서 이와 같은 전위 차는 데이터 전송을 완전히 불가능하게 하거나 심지어 전자 모듈을 파손할 수 있을 만큼 충분한 전류를 발생시킬 수 있다.
용량성 디커플링을 구현할 경우에는 전송된 데이터가 너무 오랫동안 한 방향으로 커패시터를 충전하지 않도록 주의한다. 예컨대 "1"로 구성된 긴 데이터를 전송할 때 이와 같은 상황이 발생한다. MAX9247 또는 MAX9248과 같은 2세대 소자는 "DC 밸런싱" 방법을 사용하여 이러한 문제를 방지한다. 이 소자는 1 또는 0으로 구성된 과도하게 긴 체인에 대해 전송된 데이터를 모니터링하여 전송 전에 이러한 체인 부분들을 반전시킨다. 데이터가 수신기에 도착하면 데이터는 다시 한 번 반전되어 원래의 형식으로 복구된다. 이와 같이 커패시터가 과충전되는 것을 피하기 위해 송신기는 각 데이터 배치의 정상 또는 반전 여부를 수신기에 알려준다.
2세대 소자는 최대 42MHz에서 동작할 수 있으므로 1.15Gb 정도의 높은 데이터 전송률을 달성한다. 이것은 클록 주파수를 높여 더 많은 전자기 방사를 발생시킨다. 따라서 확산 스펙트럼 전송과 같은 기술을 사용하여 EMI를 최소화한다. 확산 스펙트럼 기술은 낮은 디더 주파수에서 클록을 디더링하여 주파수 대역 전체에 걸쳐 EMI 피크 에너지를 확산시킨다. 전체 에너지는 동일하게 유지되므로 최대 EMI 크기는 감소된다(그림 3).
그림 3. 확산 스펙트럼 기술은 EMI를 감소시킨다.
2세대 소자는 주로 대형 디스플레이 연결을 위해 설계되었다. 자동차에 다양한 카메라를 연결하더라도 디스플레이를 위해 높은 데이터 전송률이 필요하지 않으므로 Maxim의 3세대 LVDS 소자는 최저 5MHz의 낮은 클록 주파수에서 동작하고 감소된 폭의 병렬 버스를 제공하는 소자를 내장하게 될 것이다.
그 밖에 3세대 소자(카메라 연결뿐 아니라 디스플레이 연결에 사용)에 요구되는 것은 제어 데이터의 전송이다. 이러한 데이터는 디스플레이의 밝기나 대비 또는 카메라 감도를 설정하는 데 사용된다. 현재 시스템은 별도의 인터페이스(CAN, LIN 또는 UART)를 사용하는데, 이는 부품, 케이블, 공간 및 비용의 증가를 의미한다. 3세대 LVDS 소자는 LVDS 인터페이스를 통해 직접 제어 데이터를 전송할 수 있게 되므로 별도의 인터페이스가 필요 없게 된다.
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