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시스템 성능 향상 ⑤

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글/맥심인터그레이티드 기술부

IO-Link 애플리케이션에서 트랜시버는 데이터 링크 계층 프로토콜을 구동하는 마이크로컨트롤러에 대한 물리 계층 인터페이스 역할을 담당하는 동시에 최대 24V 디지털 입력과 출력을 지원한다. 맥심트랜시버는 모든 IO-Link 규격을 오랫동안 지원해왔으며 소비 전력도 가장 낮다. 열 화상 카메라를 사용하는 맥심 인터그레이티드의 트랜시버는 풀 로드 상태(full load condition)에서 성능이 뛰어나며 트랜시버에 로드된 절반만 전송한다.
맥심 최초의 IO-Link 디바이스 트랜시버인 MAX-14820은 풀 로드 상태에서 드라이버에 900mA 이하의 전력만 소비한다. 2세대 MAX14826은 풀 로드 상태에서 400mA만을 사용해 이전 세대 제품의 절반도 안 되는 낮은 전력을 소비한다. 가장 최신의 IO-Link 트랜시버인 MAX14827A/MAX14828은 100mA 로드를 적용할 경우 각각 70mV와 50mV만 소비할 정도로 매우 적은데, 이는 유사한 경쟁 제품보다 80% 이상 낮은 수치이다.
그림 27은 풀 로드 상태에서 경쟁사의 부품에 비해 맥심 인터그레이티드의 디바이스 트랜시버가 얼마나 낮은 전력을 소비하는지 보여준다. 아래의 열 화상 카메라는 MAX14826와 MAX14827A가 매우 낮은 전력을 소비한다는 것을 확실히 보여주고 있다. 경쟁사의 디바이스 트랜시버가 로드의 절반만 처리할 수 있다는 점도 주목해야 한다. 맥심 인터그레이티드의 C/Q 및 DO 드라이버 역시 매우 낮은 전력으로 병렬 구성될 수 있다.

[그림 27] 풀 로드 시 경쟁사 제품 대비 트랜시버 전력 소비량 비교

EMC(Electromagnetic Compatibility) 요구 사항

산업 환경은 매우 거칠며 시스템 디자이너들은 IO-Link 디바이스가 과도 현상(transient)을 견딜 수 있는 최소한의 EMC 요구 사항에 부합하도록 설계해야 한다. 우리는 일반적으로 아래의 레벨에 부합하는 견고한 IO-Link IC를 디자인하는 데에서 시작했다.
• ESD: air discharge ±8kV
• ESD: contact discharge = ±4kV(IEC 61000-4-2 표준에 근거)
• IEC 61000-4-2 표준은 완성된 장비의 ESD 테스트와 성능을 다루고 있지만 집적 회로에 대해서는 명확하게 규정하고 있지 않다.
EMC 테스트 레벨
표 4는 IO-Link 표준의 Table G.2를 보여주며 다양한 시스템 레벨 EMC 테스트 레벨을 기술한 것이다. IC 벤더인 맥심 인터그레이티드는 ESD에 특화된 견고한 제품에 초점을 맞추었다.

[표 4] IO-Link EMC 테스트 레벨

물리 계층: EMC 요구 사항 표준화

IEC 61000-4-2 표준은 완성된 장비의 ESD 테스트와 성능을 다루고 있지만 집적 회로에 대해서는 명확하게 규정하고 있지 않다. 일반적으로 맥심 인터그레이티드의 트랜시버는 15kV(신뢰성 보고서에서 사용된 군사용 표준을 토대로)를 견딜 수 있지만 추가적인 보호를 위해서는 외장형 TVS 다이오드가 필요하다. 하지만 맥심 인터그레이티드는 이러한 외장형 다이오드의 크기 및 요구 사항을 줄였으며 공간과 외부 소자 비용을 줄이기 위해 BOM을 감소시켰다. 산업용 환경은 일반적으로 거칠고 회로를 위해 추가적인 보호를 요구하는 경우가 많다.
IO-Link 규격은 견고한 작동을 위해 장비가 적절하게 보호되어야 할 것을 요구하고 있다:
• ESD: 대기 중으로 방전되는(air discharge) 경우 ±8kV
• ESD: 접촉으로 방전되는(contact discharge) 경우 ±4kV(IEC 61000-4-2 표준에 근거)
• 서지(Surge): 케이블 길이가 20m로 제한될 경우에는 요구하지 않는다. 그렇지 않을 경우 보호 레벨 범위는 ±500V에서 ±2kV까지이다.
• 버스트(Burst): ±1kV 또는 ±2kV
트랜시버의 견고함이 향상되고 있지만 외부 보호가 필요하다:
• 최종 제품을 위한 ESD 보호
• 서지와 버스트 보호(TVS 다이오드)
• 최적화된 레이아웃

면역성 테스트

그림 28과 29는 MAXREFDES145 8포트 마스터에서 MAX14819의 EFT와 ESD 테스트를 보여준다.

[그림 28] MAX14819의 EFT 버스트 및 서지 테스트

[그림 29] MAX14819의 ESD 테스트