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TI, 제로 크로스오버 연산 증폭기 출시

TI OPA388 연산 증폭기

텍사스 인스트루먼트(TI)는 업계 최초로 제로 드리프트와 제로 크로스오버 기술을 모두 제공하는 연산 증폭기 제품을 출시한다고 밝혔다. OPA388 연산 증폭기는 테스트&계측, 의료용 및 안전 장비, 고분해능 데이터 수집 시스템 같은 다양한 산업용 애플리케이션에서 전체적인 입력 범위에 걸쳐 높은 정밀도를 유지한다.

OPA388의 고유한 아키텍처는 높은 입력 선형성과 정밀도의 놀라운 조합을 만들어낸다. TI의 제로 드리프트 기술은 온도 드리프트와 플리커 잡음을 제거하므로 최대 DC 정밀도와 동적 오차 교정을 가능하게 하고, 제로 크로스오버 토폴로지는 공통 모드 제약으로 인해 발생되는 오프셋 오차를 제거함으로써 선형적인 출력과 진정한 레일-투-레일 입력 동작을 제공한다.

OPA388 연산 증폭기의 특징과 장점
1. 매우 높은 입력 선형성으로 진정한 정밀도 제공: 이 디바이스의 제로 크로스오버 토폴로지는 전통적인 CMOS 연산 증폭기에서 일반적인 입력 오프셋 전이 구역을 제거해 전체적인 공통 모드 입력 범위에서 최대의 선형성을 보장하고 왜곡을 최소화한다.

2. 높은 DC 정밀도: TI의 제로 드리프트 기술은 -40°C~125°C의 넓은 산업용 온도 범위에 걸쳐서 5mV의 낮은 최대 오프셋 전압, 0.005mV/°C의 정격 오프셋 전압 드리프트, 700pA의 최대 입력 바이어스 전류를 제공한다. 그러므로 비싼 과온도 캘리브레이션(overtemperature calibration)을 필요로 하지 않으며 DC 정밀도를 향상시킨다.

3. 광대역폭 동작: OPA388은 10MHz의 이득 대역폭 곱(GBW)으로 높은 게인 구성이 가능하며 다양한 신호 타입과 주파수를 감지할 수 있어서 정밀한 체중계에서 심박계 모니터에 이르기까지 다양한 범위에서 장비 사용이 가능하다.

4. 높은 성능을 위해 낮은 왜곡 유지: 총 고조파 왜곡(THD)이 -132dBc, 전압 잡음이 7nV/ÖHz로 매우 낮아서 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 정밀 필드 트랜스미터, 모션 제어 장비 같은 특수한 애플리케이션에 고정밀 신호 체인을 제공하는 것을 도와준다.

5. 복잡성과 비용 감소: 제로 드리프트 기술과 제로 크로스오버 기술을 결합하면 신호 체인 복잡성과 필요한 외부 부품 수가 감소되어 설계자가 보드 공간을 최소화 시킬 수 있어 BOM(bill of materials) 비용이 낮아진다.

TI는 OPA388을 사용하는 설계자들의 이해를 돕기 위해, 디지털-아날로그 컨버터에서 크로스오버 비선형성을 제거하기 위해 정밀 연산 증폭기를 사용하는 방법을 보여주는 레퍼런스 디자인을 포함한 다양한 지원 툴을 제공한다. 이 레퍼런스 디자인은 DAC8830 정밀 데이터 컨버터와 REF5050 전압 레퍼런스를 채택하고 있으며, 이 디바이스들은 결합되어 정확한 DC 캘리브레이션 시스템을 형성해 무선 인프라 및 테스트&계측 장비에서 고정밀 애플리케이션용으로 사용된다.

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TI, 적층구조로 35A PMBus 지원 DC/DC 벅 컨버터 출시

원격 전압 감지 및 텔레메트리 기능을 제공하는 DC/DC 벅 컨버터

TI, 업계 최고밀도를 제공하는 적층형 18V 입력, 35A PMBus 컨버터 출시

TI 코리아(대표이사 탄즈위멍)는 업계 최고밀도의 18V 입력, 35A 동기식 DC/DC 벅 컨버터 제품을 출시한다고 밝혔다. 신제품 TPS546C23 전원 컨버터는 완전 차동 원격 전압 감지 기능과 PMBus를 지원하여 텔레메트리가 가능하다.

신제품 컨버터는 소형 풋프린트 패키지에 하이사이드 및 로우사이드 MOSFET을 통합함으로써 경쟁 제품보다 훨씬 더 우수한 밀도를 제공한다. 2개의 컨버터를 병렬로 적층할 수 있어 유/무선 통신, 엔터프라이즈 및 클라우드 컴퓨팅, 데이터 스토리지 시스템과 같이 공간 제약적이고 전력 집약적인 애플리케이션에서 프로세서를 위해 최대 70A를 구동할 수 있다.

고집적 TPS546C23 전원 컨버터는 경쟁 제품들보다 44% 더 우수한 밀도(평방밀리미터당 암페어)를 제공한다. 또한 온도 전반에 걸친 0.5%의 레퍼런스 전압 정확도와 완전 차동 원격 전압 감지 기능은 미세 서브마이크론(DSM, Deep Sub-Micron) 프로세서의 전압 정확도 요구를 충족한다. 전류 분배 기능으로 인해 2개의 컨버터를 적층할 수 있으며 이 디바이스의 단일 패드, 적층형 다이, QFN(quad flat no-lead) 패키지는 높은 효율과 뛰어난 열 성능을 달성한다.

TI는 출력 전압 및 소프트 스타트 시간을 조절할 수 있는 핀 스트랩핑(pin-strapping)을 지원하는 TPS546C20A PMBus 컨버터 제품 또한 제공한다. 이외에도 PMBus 인터페이스를 지원하는 다양한 컨버터 제품을 찾아볼 수 있다.

아이씨엔 매거진 오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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TI, USB 타입-C 솔루션 업그레이드로 전력 및 데이터 전송 능력 향상

TI 타입-C USB

 

TI 타입-C USB

텍사스인스트루먼트(TI)는 전력 및 데이터 전송, 신호 품질, 회로 보호 기능을 향상시키는 5종의 새로운 USB 타입-C 및 PD (Power Delivery) 제품을 출시한다고 밝혔다. 이들 신제품은 개발자들이 보다 우수한 신호 품질을 제공하고 시스템 손상을 방지할 수 있는 USB 타입-C 전자제품을 설계할 수 있다.

TUSB1046 선형 리드라이버 제품군은 업계 최초로 10G USB 데이터 및 DisplayPort™ 1.4 비디오를 전송할 수 있고, 신호 무결성 저하 없이 더 빠른 전송이 가능하다. TPD8S300 제품군은 현장에서의 까다로운 결함을 방지하기 위해 업계 최초로 USB 타입-C 및 PD 시스템을 과전압 손상으로부터 보호할 수 있는 단일칩 솔루션을 포함하고 있다. 또한 TPS65983B USB PD 3.0 컨트롤러는 내장된 파워스위치와 신속한 롤스왑 기능과 인증 기능 및 표준화된 전압을 지원하여 보다 신뢰할 수 있는 전력 및 데이터 전송이 가능한 완벽한 시스템 설계를 구현할 수 있다.

 

블랙바

보다 빨라진 데이터 및 비디오 전송, 과전압 포트 보호

블랙바

신제품 TUSB1046 및 TUSB1002 리드라이버는 현행 5G USB 솔루션 대비 두 배의 데이터 대역폭을 지원함으로써 최대 8K 해상도로 10G 데이터 및 비디오를 전송할 수 있고, 10G USB 속도에서 335mW의 유효 전력만을 소모한다. 이들 제품은 긴 거리의 트레이스나 케이블로 전송될 때 최대 14.4dB의 채널 손실을 보상할 수 있다. 또한, 16개의 이퀄라이저(Equalizer) 레벨은 부호 간 간섭(ISI: Inter Symbol Interferecne) 지터와 신호 감쇠를 보상함으로써 성능을 최적화하여 다른 디바이스들과 보다 우수한 상호운용성과 커넥티비티를 달성할 수 있다. TI의 10G 선형 리드라이버 제품군은 5G USB 디바이스와 핀투핀 호환이 가능하여 기존 설계에서 매끄러운 속도 업그레이드를 할 수 있다.

TPD8S300 및 TPD6S300을 사용하면 디스크리트 구현에 비해 최고 75%까지 보드 공간을 줄일 수 있을 뿐 아니라, CC(configuration channel) 및 SBU(sideband use) 핀 상의 20V 버스 전압(Vbus) DC 단락에 의해 발생하는 과전압 손상으로부터 시스템을 보호하고 신호 무결성을 유지할 수 있다. 포트 보호기는 저전압 클램핑을 지원하는 트랜션트 전압 억제(TVS, transient voltage suppression) 다이오드를 통합하여IEC 61000-4-2 규격의 ESD(electrostatic discharge) 보호 요건을 충족하고 하위 PD 컨트롤러의 보호가 가능하다.]

USB Type-C connector pinout
[그림. USB Type-C 커넥터 pinout]

 

이들 신제품은 새로운 USB 타입-C, USB 3.1 Gen 2, PD 3.0 규격을 준수함으로써 기존 규격보다 높은 신뢰성을 제공하고 슬림한 디자인, 견고한 전력 전송, 범용 커넥터 및 케이블 사용이 가능하다. 또한 전력 및 시그널 체인, 회로 보호 기능의 제품들을 통해 개발자들은 좀더 완벽하게 동작하는 USB 타입-C 및 PD 시스템을 구현할 수 있다.

오윤경 기자 news@powerelectronics.co.kr

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TI, 고전압 애플리케이션용 절연 게이트 드라이버 출시

빠른 전달 지연, 강력한 구동 및 뛰어난 호환성 제공

TI 코리아(대표이사 켄트 전)는 새로운 게이트 드라이버 제품군의 첫 번째 제품인 절연 듀얼 채널 게이트 드라이버 UCC21520을 출시했다.

유연하면서도 보편적인 호환성을 제공하여 로우사이드, 하이사이드, 하이사이드/로우사이드 또는 하프 브릿지 전원 관리 설계에 절연 드라이버로 사용이 가능하다.

또한 TI의 통합 부품, 첨단 보호 기능 및 최적화된 스위칭 성능을 제공하여 기업용, 통신, 오토모티브 및 산업용 애플리케이션을 위한 보다 작고 견고한 설계가 가능하다.

조진우 TI 코리아 부장은 ”이번에 새롭게 선보이는 ’UCC21520’ 제품은 절연 기능이 강화되어 있는 게이트 드라이버로, 딜레이 시간이 이전의 제품보다 적고, 호환성 또한 뛰어나다.”고 밝혔다.

시스템 보호와 신뢰성이 중요시되는 고전압 애플리케이션을 위해 설계된 UCC21520은 5.7kVRMS의 강화된 절연 성능과 최대 12.8kV에 이르는 서지 내성, 100V/ns 이상의 동상 모드 과도응답 내성(common-mode transient immunity)을 제공한다.

또한 업계에서 가장 빠른 19ns의 전달 지연과 5ns 미만의 엄격한 채널간 지연 매칭을 제공함으로써 높은 전력 밀도 및 효율을 달성하며, 작은 솔루션 크기와 높은 신뢰성으로 완제품의 수명을 연장한다.

한편 UCC21520 절연 게이트 드라이버에 TI 컨트롤러 제품들을 결합하면 시스템 성능을 극대화할 수 있다. 아날로그 컨트롤러는 위상 천이 풀 브릿지(phase-shifted full bridge) 설계를 위한 UCC28950과 공진 모드 전원 공급 장치를 위한 UCC25600, PFC(Power Factor Correction)를 위한 UCC28070가 포함된다.

아이씨엔 매거진 오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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[테크] 웨어러블 및 사물인터넷(IOT) 기기를 위한 PMIC 컨버터의 이점

wearable 웨어러블

제목: 웨어러블 및 사물인터넷(IoT) 기기를 위한 고급 이력모드 제어 기능을 갖춘 PMIC 컨버터의 이점

최근에 웨어러블 제품과 사물인터넷(loT)의 발전으로 적은 공간을 차지하면서 효율은 높고 IQ은 낮은 통합 전원관리 IC(PMIC)의 필요성이 더욱 높아지고 있다. 이력 모드 제어 기능이 있는 스위치 모드 DC/DC 컨버터도 이제 코인 셀이나 리튬 이온 배터리로 작동하면서 이런 사양에 맞는 PMIC 솔루션이 요구되고 있다.

|글| 안젤로 페레이라 (Angelo Pereira), 설계 엔지니어, HVAL / 텍사스 인스트루먼트

 

전형적인 웨어러블 제품은 대부분의 시간을 절전모드나 저전력 상태로 있다가 사용자 동작이 있거나 시간 지정 이벤트 발생 시, CPU에서 데이터를 처리하거나 무선/유선 링크를 통해 정보를 전달한다. 예를 들어 Bluetooth® 기술을 구현하여 심박을 모니터 하는 웨어러블 슬레이브 디바이스에서 하루 기준의 연결 시간은 한 시간 미만, 절전모드에서는 10 ~ 20μA 정도의 전력만을 소모한다. 연결 중 25 ~ 50mA의 전력을 소모하는 피크 시간은 3밀리초도 채 되지 않는다. 즉 디바이스가 절전상태이든 활성상태이든 전원 공급장치의 성능을 최적화 해야 한다는 의미이다. 또한 공간 제약과 배터리의 화학적 조성 역시 외부 패시브에 제한적이다.

[그림 1] 웨어러블 디바이스
[그림 1] 웨어러블 디바이스

PMIC에서 DC/DC 컨버터의 역할

[그림 1], [그림 2], [그림 3]은 일반 웨어러블 디바이스, 프로그래머블 유선 온도조절장치, 스마트 지불 단말기의 구성도이다. 애플리케이션 별로 매개변수 사양에는 차이가 있지만 효율적인 DC/DC 컨버터와 함께 통합 PMIC를 사용하여 한 개의(혹은 여러 개의) 부하 디바이스에 전원을 공급할 수 있다(32bit 프로세서 코어, 메모리(플래시, DDR), I/O 버스, 디스플레이 및 모터나 센서 와 같은 주변장치).

절전모드에서 활동모드로 프로세서의 상태가 바뀌면 단계적 부하 전류 프로파일 상 빠른 시동과 빠른 과도현상 응답이 요구된다. RF 인터페이스 표준을 지키려면 잡음은 FM 전송 등의 특정한 대역에서 벗어나도록 하여야 한다.

[그림 2] 프로그래머블 유선 온도조절장치
[그림 2] 프로그래머블 유선 온도조절장치

[그림 3] 스마트 지불 단말기
[그림 3] 스마트 지불 단말기

기존 이력 제어 방식의 한계

PMIC에 사용한 단상, 이력 PWM 스위치 모드 컨버터는 매우 낮은 부하(30mA 미만)부터 매우 높은 부하(최고 3A)까지 부하 요건에 적합하도록 설계되었다. 기존 스위치 컨버터의 구성도는 [그림 4]에 나타내었다. 주로 비교 회로와 드라이버 회로의 지연 때문에 루프가 지연되므로, 이런 컨버터 제어 방식으로 과도현상 응답 속도를 높일 수 있다. 제어 회로는 이력 기능이 있는 비교 회로에 이상적인 오류 증폭기가 더해진 구성으로, 클록 제네레이터는 필요하지 않다(참고문헌 1). 기본 컨버터의 경우 피드백 신호가 인덕터의 전류에 근접하므로 위상 보상이 필요 없다. 참고문헌 1에 실린 스위치 주파수 방정식은 아래와 같다:

TI 기술기사

여기에서 VIN은 컨버터로 들어가는 입력 전압, VH는 비교 회로의 이력, D는 원하는 출력 전압(VOUT)으로 설정한 PWM 신호 사용률, tRC = RFCF는 피드백 네트워크의 시간 상수, tD는 한정된 컨버터의 유한 전달 지연 수치로써 드라이버 단계의 지연 및 출력 브리지 지연이 포함된다. 이런 변수를 [그림 4]에 나타내었다(참고문헌 2의 그림 1). 분명한 것은 fS은 D에 대해 일정하지 않아 무관한 스펙트럼 구역에 스퍼(spur)를 일으키거나 공명을 유도하여 전원 공급장치 네트워크에 전압 이탈 현상을 야기할 수 있다. 이 시나리오는 전통적인 이력 제어 방식에서 주된 사안이었다.

[그림 4] 과거의 이력 제어 벅 컨버터
[그림 4] 과거의 이력 제어 벅 컨버터

개선된 DC/DC 컨버터를 장착한 PMIC

텍스트 인스트루먼트(TI)는 기존의 이력 제어장치의 한계를 어느 정도 극복한 PMIC를 여러 종류로 공급하고 있다. TPS65910, TPS65911, TPS65912, TPS80032, TPS65218와 같은 디바이스에는 주파수 전환 시 보다 정밀한 제어가 가능한 단상 컨버터가 여러 개 장착되어 있다. 또한 L과 C 중 한 가지만 택하도록 선택의 폭도 줄여 시스템 통합을 간소화하였다. [표 1]에는 PMIC 디바이스의 몇 가지 주요 기능 및 장점을 소개하였다.

[표 1] TI PMIC 디바이스의 주요 장점
[표 1] TI PMIC 디바이스의 주요 장점

TI의 폭넓은 PMIC 포트폴리오의 수많은 독자 기능으로 문제를 구체적으로 해결할 수 있다. TPS65910 제품군에서는 스위치 모드 전원 공급장치(SMPS)(VDD1 및 VDD2)로 동적 전압 범위(DVS) 조절이 가능하여 프로세서 코어 전압 레일에 적합하다. TPS65911x 제품군의 SMPS(VDD1 및 VDD2)로 출력 전압 스위치 슬루(slew) 레이트를 프로그램 할 수 있을 뿐만 아니라 ON 타임을 50ns 이하까지 조절할 수 있다. 이런 특징으로 스위치 주파수는 더 높아지고 출력 리플은 감소하며 인덕터가 차지하는 공간도 줄어든다. TPS80032는 특허 받은 온칩, 고정 주파수 PWM 제어 기능이 있어 기존의 이력 벅 컨버터보다 스위치 주파수 확산 범위가 훨씬 정밀하다.

참고문헌 3 ~ 6에 예시로 든 SMPS 컨버터는 모두 칩 자체에 전환형(고압측) FET의 한 쪽이나 전환 및 정류기(저압측) FET 양쪽에 모두 과전류 보호장치가 구현되어 있다. 돌입 전류를 제한하기 위한 내부 연시동 회로는 프로세서를 지원하는 또 하나의 기능이다. 이렇게 개선된 SMPS 컨버터는 1.0 ~ 2.2μH(1.5μH 타입) 범위의 외부 유효 L값 범위와 4 ~ 15μF 범위의 출력 C값에 대해서도 최적화 되어 있다. 선택한 인덕터는 DCR과 ISAT의 정격에 맞아야 한다. 인덕턴스가 높을수록 리플 전류는 감소하지만 과도현상 응답(di/dt) 품질은 떨어진다. 낮은 ESR용으로 X5R이나 X7R 유전체를 넣은 소형 세라믹 출력 커패시터 형태로 사용할 수 있다. 입력 커패시터도 낮은 ESR을 권장하며, 세라믹 4.7μF에 전기분해/탄탈룸(tantalum) 커패시터를 추가하면 전원 소스와 컨버터 간 거리가 멀 때(예를들어, 벽면 어댑터 등) 발생하는 공급 유동을 줄일 수 있다.

TI PMIC로 전원 공급장치 요건에 부합하며 작고 에너지 효율적인 웨어러블, 휴대형 및 산업용 디바이스를 개발하는 보다 자세한 방법은 아래 제품 정보에서 살펴볼 수 있다.

 

참고문헌
1. T. Nabeshima et.al. “이력 PWM 컨트롤러를 갖춘 벅 컨버터의 분석 및 설계 시 고려사항”, 제35회 연례 IEEE 파워 일렉트로닉스 전문가 컨퍼런스 2014, vol. 2, pp 1711-1716
2. P. Li et.al., “고주파수 멀티위상 이력 DC-DC 컨버터를 위한 고정된 지연 루프 동기화 방식”, Solid-State Circuits의 IEEE 저널, 2009년 11월, Vol. 44, No. 11, pp 3131-3145
3. TPS65910 데이터시트, http://www.ti.com/product/tps65910
4. TPS65911x 데이터시트, http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps659113.pdf
5. TPS80032 데이터시트, http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps80032.pdf
6. TPS65218 데이터시트, http://www.ti.com/product/tps65218

 

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