[TECH] 셋톱박스 설계 부하 스위치 및 eFuse 활용

[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.

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.

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.


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.