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[TECH] 셋톱박스 설계 부하 스위치 및 eFuse 활용

왜 각각의 부하들을 켜고 꺼야 하는거지?

[산업일보]
TV 앞에 앉아서 채널을 변경하는 것은 쉬운 일이다. TV 프로그램을 시청하고 태블릿으로 또 다른 프로그램을 스트리밍함과 동시에 4개의 프로그램을 녹화하는 것은 조금 과하긴 하지만, 이 모든 것은 셋톱박스(STB)로 손쉽게 해결할 수 있다.
[TECH] 셋톱박스 설계 부하 스위치 및 eFuse 활용

셋톱박스는 케이블/위성 신호를 수신하고, 이 신호를 비디오로 변환한다. 그리고 이 비디오를 TV, 하드 드라이브, 무선 기기 등으로 전송한다. 이러한 시스템을 설계하는 것은 복잡하지만, 부하 스위치와 eFuse를 사용함으로써 전력 분배를 손쉽게 할 수 있다.

셋톱박스 개발자들은 시스템 전력 효율 향상을 위해 대기 전력 요건을 충족하도록 설계해야 한다. 이러한 요구 사항은 셋톱박스를 사용하지 않을 때 소모 전력을 제한하므로 최소한의 전력을 소모하도록 각각의 서브시스템을 꺼야 한다. 또한 일부 국가에서는 에너지 스타(Energy Star)와 같은 특정 전력 규격을 충족해야 한다.
[TECH] 셋톱박스 설계 부하 스위치 및 eFuse 활용

이러한 서브시스템들을 어떻게 켜고 끌 수 있는지 알아보자.

프론트엔드/튜너
이 서브시스템은 입력 신호(케이블 또는 위성)를 수신하여 비디오로 변환한다. 하나의 튜너가 단일 비디오 출력을 담당하므로 어떤 셋톱박스가 5개의 프로그램을 동시에 녹화할 수 있다고 한다면 녹화 전용 튜너가 5개가 있는 것이다. 또한 출력 비디오 포트용 튜너와 Wi-Fi 와이파이를 통해서 추가 기기를 연결하기 위한 튜너가 있다. 이들 튜너를 사용하지 않을 때 끔으로써 전력을 절감할 수 있다.

하드 드라이브: 프로그램을 녹화하거나 녹화된 프로그램을 재생할 때가 아니면 하드 드라이브는 사용되지 않는다. 또한 셋톱박스가 케이블 신호를 출력하기만 할 때도 사용되지 않는다.

Wi-Fi(와이파이)
와이파이는 태블릿이나 컴퓨터와 같은 추가 기기를 셋톱박스에 연결하거나 집안에 있는 더 작은 셋톱박스를 연결할 수도 있다.

부하 스위치는 이러한 각각의 서브시스템으로 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 전류 부하에 따라서 TPS22918이나 TPS22975와 같은 제품을 사용할 수 있다. 두 제품 모두 플라스틱 디바이스로서 각기 다른 정전식 부하에 따라서 출력 상승 시간을 조절할 수 있다. TPS22918은 최대 2A의 부하 및 TPS22975는 최대 6A의 부하를 지원한다.

스위치를 필요로 하는 또 다른 기능들
절전 기능 외에도 다음과 같은 다양한 기능에 스위치를 필요로 한다:

■ 전원 시퀀싱
셋톱박스를 제어하는 시스템온칩(SoC)이나 마이크로컨트롤러는 각기 다른 전압 레일에 대해서 특정 파워온 시퀀싱을 필요로 한다. TPS22918이나 TPS22975와 같은 제품을 사용함으로써 각 레일을 순서대로 켤 수 있다.

■ 입력 보호
셋톱박스로 12V 어댑터를 연결하면 전압 및 전류 과도현상이 발생할 수 있다. 셋톱박스 입력에 TPS2595와 같은 eFuse를 사용함으로써 나머지 시스템을 핫플러그 이벤트로부터 보호할 수 있다.

■ SD 카드
셋톱박스에 SD 카드를 사용하는 경우 3.3V나 1.8V로 구동할 수 있다. TPS22910A와 TPS22912C 부하 스위치를 사용해서 적절한 레일을 선택할 수 있다.

■ HDMI
HDMI 포트는 사용될 때 5V로 구동되며, 사용자 보호를 위해서 전류를 제한해야 한다. TPS22945 부하 스위치는 100mA의 낮은 전류 제한이 가능하다.

이러한 모든 애플리케이션들을 합치면 다음과 같은 블록 다이어그램이 된다.
[TECH] 셋톱박스 설계 부하 스위치 및 eFuse 활용
셋톱박스에서의 부하 스위치 및 eFuse 사용

[TECH] 셋톱박스 설계 부하 스위치 및 eFuse 활용
셋톱박스용의 전원 스위칭 레퍼런스 디자인

셋톱박스가 점점 소형 폼팩터로 변하면서 개발자들은 시스템 집적도를 높이려는 움직임이 일고 있다. 셋톱박스 전원 설계를 작고 단순하게 만들어야 한다는 것인데, 부하 스위치 및 eFuse를 사용함으로써 다양한 전원 스위칭 요구를 손쉽게 충족할 수 있다.
이상미 기자 sm021@kidd.co.kr

반갑습니다. 편집부 이상미 기자입니다. 산업 전반에 대한 소소한 얘기와 내용으로 여러분들을 만나겠습니다.

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