특집 : 자동차용 전자 부품 기술
커넥티드 카 (Connected car)를 위한 로옴 그룹의 활동 전개

게재 기사

Contributing Articles

1. 배경

자동차 업계는 완전 자율 주행을 실현하기 위해 돌진하고 있는 상황이다.
일본의 경우를 보더라도, 고급 자동차뿐만 아니라, 일반 자동차 및 경차에 이르기까지 신차에는 자동 브레이크 시스템 등의 ADAS (Advanced driver assistance system) 기능이 탑재되고 있으며, 그 인지도도 매우 높아짐에 따라 생활에 밀접해지고 있다. 로옴도 ADAS용 전원 LSI를 중심으로 제품을 공급하고 있다. (그림 1)
그러나, 완전 자율 주행 실현을 위해서는 아직도 다양한 기술의 혁신이 필요하다. 본 기고에서는 그 중요한 요소의 하나인 커넥티드 카, 특히 자동차의 무선 통신에 대해 기재하고자 한다.
자동차가 무선 기술을 통해 다양한 사물과 연결되어 온 경위를 되짚어봄으로써 앞으로 일어날 수 있는 동향을 예측해 보고, 편의성을 위한 도입인지, 법규제화에 따른 도입인지를 분류함으로써 각각의 기능 도입 이유 및 현상을 파악해보고자 한다.

자동차기기의 메인 분야인 ADAS
그림 1 : 자동차기기의 메인 분야인 ADAS

2. 기존의 커넥티드 (차량 내부에서의 통신)

기존의 차량 내부에는 다양한 무선 기능이 탑재되어 있다.
편의성을 위해서는 스마트키 및 FM 트랜스미터가 탑재되었다. 최근에는 카 네비게이션이나 카 오디오에 무선 LAN 및 Bluetooth가 탑재되어 스마트폰과 접속함으로써, 인터넷 상의 컨텐츠를 차량 내부에서 즐길 수 있다.
한편, 엄밀히 말하자면 차량 내부는 아니지만, TPMS (Tire Pressure Monitoring System)의 경우, 법규제에 따라 탑재된 예이다. 미국에서는 타이어의 공기압이 떨어졌을 때, 운전자에게 알리는 기능이 법규제에 따라 도입되었으며, 유럽 및 한국으로도 전개되고 있다. 이는 자동차 업계에서 법규제와 무선 통신이 조합된 첫번째 예이다.
도입 초기에는 4개의 타이어 내부의 공기압을 직접 모니터링하여, 무선으로 정보를 전송하였다. 현재는 Low cost화를 실현하기 위해 간접 모니터링 타입도 존재하는데, 이는 차체의 밸런스를 체크함으로써 공기압을 체크하는 방식이다. 그러나, 이러한 간접 모니터링 타입의 경우, 타이어 여러 개의 공기압이 낮은 경우나, 어느 정도 속도가 빠르지 않으면 모니터링이 불가능하다는 결점도 존재한다. (특히, 주정차 시에 모니터링이 불가능하다는 결점이 크다.)
어쨌든, 방법에 관계없이 타이어 공기압을 모니터링하는 기능이 미국 및 유럽, 한국의 신차에는 필수 기능이 되었다.

3. 기존의 커넥티드 (차량 외부와의 통신)

기존의 자동차에는 ETC 및 VICS (그림 2), TV, GPS 등의 기본 수신 기능을 전제로 한, 통신 기능이 탑재되어 왔다. 이러한 기능을 통해 운전자 및 동승자는 자동차에서의 편의성을 얻을 수 있었다.
로옴 그룹 라피스 세미컨덕터는 ETC 및 VICS, TV의 디지털 방송 수신용 LSI를 개발하여, 시장 채용 실적을 보유하고 있다. 또한, 로옴은 이러한 기능의 주변에 필요한 전원 LSI 및 범용 LSI, 디스크리트, 수동 부품 등을 공급하여, 안정적으로 동작하도록 서포트하고 있다.
법규제에 따라, 안전을 위해 도입된 커넥티드도 역시 존재한다.
2017년 1월부터 러시아에서 시작된 ERA-Glonass (러시아판 eCall)이다. 이 기능은 사고 발생 시, 에어백과 연동하여 구급 정보와 위치 정보를 통신 기능을 통해 구급 대응 기관 (한국의 소방서에 해당하는 기관)에 연락하여, 구급차의 도착 시간을 단축하기 위한 기능이다. 이 기능은 2018년 4월부터 유럽에서도 도입, 신차에 대한 탑재가 의무화될 예정이다. 이 기능이 탑재됨으로써, 특히 한랭지에서의 사고로 인한 2차 재해 (사고로 인해 난방이 불가능하여 발생하는 동상 등)를 방지할 수 있다.

VICS용 LSI 블록도
그림 2 : VICS용 LSI 블록도

4. 앞으로의 커넥티드

V2X (Vehicle to Everything)라는 자동차와 다양한 사물과의 통신이 향후 메인 테마가 될 것으로 예상된다. (그림 3)

V2X란?
그림 3 : V2X란?

V2X는, 최근 화제가 되고 있는 사물 인터넷 (IoT : Internet of Things)의 자동차 버전이라고 할 수 있으며, 이는 자동차 업계와 통신 업계가 제휴한다는 면에서 기존에는 없었던 커다란 변화라고 할 수 있다.
바탕이 되는 기술은 약 10년전부터 DSRC (Dedicated Short Range Communication)라는 통신 방식으로 자동차 업계와 교통 인프라 업계가 중심이 되어 세계 각지에서 자동차 간이나, 자동차와 인프라 간의 통신에 대한 실증 시험을 실시해 왔다.
당초에는 교통 사고 박멸을 목표로, 안전을 위한 다양한 기능이 탑재될 예정이었다.
자동차와 자동차 통신 예 : 사각지대가 있는 교차점에서 서로 어디에서 자동차가 오는지 알 수 있다.
자동차와 노면 통신 예 : 신호의 변화를 전달하여, 감속을 촉진한다.
통신 규격도 전세계 공통으로 대응 가능하도록 무선 LAN (Wi-Fi)을 기준으로 한 DSRC 전용 IEEE802.11p라는 규격이 제정되었다.
원래는 2016년말에 미국에서 법규제화되어, 신차에 대한 탑재가 의무화될 예정이었다.
이것이 연기된 배경으로는 여러가지 설이 있지만, 자율 주행을 위한 움직임이 가속화됨에 따라, 이러한 통신과 자율 주행과의 관계성이 너무 강했기 때문이라고 생각된다. 또한, 최근 문제시 되고 있는 해킹의 취약성에 대한 대책이 아직 마련되지 않은 것도 이유 중에 하나라고 생각된다.
자율 주행을 위한 센서는 ADAS (Advanced Driver Assistance System)라고 불리우는 CMOS 센서 및 밀리파, 레이저 및 초음파 센서 등 다양하다. 그러나 완전 자율 주행을 실현하기 위해서는 1개라도 많은 정보원이 필요하며, 자동차 간이나, 인프라와 자동차 간의 정보도 중요한 정보의 하나라는 것은 명백하다.
또한, 자동차 통신의 해킹에 대해서도 완벽한 대책을 실현하지 못하면, 조향장치에 직접 연결되는 완전 자율 주행의 경우, 치명적인 사고로 이어질 우려가 있다.
이러한 이유에서 V2X를 시작할 수 없었던 것이라고 생각된다.

자동차 업계가 추진하는 완전 자율 주행의 코어 기술은 ADAS (Advanced Driver Assistance System)와 AI (Artificial Intelligence)다. ADAS 특히, AI에는 V2X를 통한 정보도 학습을 위해 필요하다.
예를 들어, 교통 사고 발생 시, 사고 차량에서 사고 직전의 영상, 사고 차량과 주변 인프라와의 정보, 사고 차량 주변의 자동차 간 정보, ADAS 관련 기기의 정보 등을 즉시 입수할 수 있다면, 우선 전세계로 정보 전개가 가능하여, 사고에 대한 주의 환기가 가능하다. 또한, 이 정보가 AI의 귀중한 정보원이 되어, 대책안을 세우고, 모든 자동차에 전개된다면, 안전한 자율 주행으로 이어질 것이다.
로옴은 이러한 V2X용으로 최적의 전원 LSI를 다양하게 구비하고 있다.
자동차기기용 스위칭 전원 「BD9SXXX-C 시리즈」는 0.6A에서 6.0A까지를 각각 2mm×2mm, 3mm×3mm, 4mm×4mm로 구비하고 있어, V2X용 소형 모듈 제작에 최적이다. (그림 4)

Power FET
(Hside/Lside)
Pch/Nch Pch/Nch Nch/Nch Nch/Nch
freq. (max) 2.4MHz 2.2MHz 2.2MHz 2.2MHz
Switching Adjustable
External sync.
- External sync. External sync.
Package QFN 4mm×4mm SON 2mm×2mm QFN 3mm×3mm QFN 4mm×4mm
Output
Channel
0.6A - BD9S000NUX - -
1A - BD9S100NUX - -
2A BD90521EFV
BD90521MUV
- BD9S200MUF -
3A - - BD9S300MUF -
4A BD90541MUV - BD9S400MUF -
6A - - - BD9S600MUF
신규 V2X, 차량용 Wi-Fi 등에 최적인 전원
그림 4 : 세컨더리 스위칭 레귤레이터 라인업

자동차기기에 필수인 고온 대응 (동작온도 -40~-125℃) 및 AM 대역을 제외한 스위칭 주파수 2MHz를 실현하여, 주변 부품의 코일 및 콘덴서를 소형화할 수 있다.
또한, 다전원화에 대응 가능하도록 자동차기기에 대응하는 LDO도 다수 구비하고 있다. 특히 모듈용으로 최적인 초소형 (1mm×1mm) 「BUXXJA2MNUX-C 시리즈」도 구비하여 (그림 5), 다양한 전원 구성 요구에 대응하고 있다.

SSON004R1010
그림 5 : 자동차기기 대응 LDO 「BUxxJA2MNVX-C 시리즈」

로옴은 앞으로 커넥티드 카에 도입될 무선 관련 제품에 대해, 전원계 LSI에서 디스크리트까지 다양한 제안을 위해 5GAA (Automotive Association)이라는 단체에 참여할 예정이다. 이 단체는 Celluler-V2X라는 규격을 제정하여, 전세계로 전개하기 위해 통신 업계와 자동차 업계가 처음으로 제휴한 단체이다. 통신 업계는 5G 도입을 위해, 자동차 업계는 자율 주행을 위해 상호 협력하는 단체로 2016년 9월에 설립되었다. (그림 6)

5GAA (Automotive Association)
그림 6 : 5GAA (Automotive Association)

로옴은 이 단체에 참여함으로써, 로옴의 CSV로서 제창하는 3가지 ECO (Eco Earth, Eco Energy, Eco Life)를 실현해 나가고자 한다. 구체적으로는 제조 기술 및 회로 기술을 결집하여 실현한 소형 제품 및 고효율 제품을, 향후 대량으로 생산될 자동차의 자율 주행 관련 제품 및 5G 통신에 관한 제품에 공급함으로써, ECO에 기여하고자 한다.
통신 기기 및 자율 주행을 추진하기 위해서는 전자 회로가 증가함에 따라 에너지 절약화 및 소형화가 더욱 요구된다.
이에 대응하기 위해 개발한 2가지 전원 선행 기술에 대해 간단히 소개하고자 한다.
첫번째는 Nano Pulse Control®이다. 이 기술은 스위칭 전원에서 극소 펄스 (50ns 이하)를 생성할 수 있는 기술이다. 기존의 100ns 정도에서 대폭적으로 줄임으로써, 고주파화를 실현할 수 있으며, 전원부의 50%를 차지하는 코일 및 콘덴서를 최소화할 수 있는 기술이다. 나아가, 제품의 소형화를 실현할 수 있는 회로 기술이다.
두번째는 Nano Energy®이다. 이 기술은 회로 전류를 극한으로 최소화함과 동시에, 전원 특성을 유지하는 회로 기술이다. 이 기술을 각 전원 제품에 탑재함으로써, 저소비전력을 실현, 낮은 대기 전력으로 고효율 전원을 공급함에 따라 기동 시간을 단축하고 불필요한 전력을 소비하지 않는 제품을 실현한다.
Celluer-V2X가 도입될 시기는 명확하지 않지만, 로옴은 앞으로도 가능한 한, 최적의 제품을 신속하게 공급할 수 있도록 개발을 추진하여, 도입 초기 단계에서 제품에 기여할 수 있도록 노력할 것이다.