시장조사기관 가트너는 2020년 웨어러블 관련 피트니스ㆍ헬스시장은 약 1억 9천만 기기가 판매돼 144억 달러에 이를 것으로 전망되며, 전력관리칩은 많은 웨어러블 설계에 중요한 역할을 담당할 것으로 보인다고 밝힌 적이 있다. 

Fitbit과 샤오미 밴드 같은 헬스케어 전문 웨어러블 기기들도 있지만 이젠 워치에도 피트니스 기능이 기본으로 탑재 되어있어 웨어러블 기기 시장은 가속화될 전망이다. 삼성 워치인 ‘기어 S2’가 작년 국내 웨어러블/IoT 시장에서 판매율이 소폭으로 증가하였고 2세대 애플워치가 올해 3월 중에 출시될 것이라는 예측은 웨어러블/IoT 시장이 한번 더 요동칠 것이라 보고 있다. 

웨어러블 기기의 가장 큰 과제는 수시로 작동하고 체크하는 기능 때문에 저전력 배터리 기능이 중요시 되고 있다. 또한 배터리를 비롯하여 휴대의 중요성으로 하드웨어 초소형화와 무게의 경량화 등이 있으며 액세서리로도 각광 받고 있어 디자인에 대한 관점도 점점 높아지고 있는 추세이다.

이에 웨어러블과 IoT 기기를 개발하는 엔지니어들이 집중해야 할 두 가지 키워드는 크기와 배터리이다. 크기를 작게 하고 적은 소비 전력으로 배터리 수명을 늘리는 것인데 이에 맥심은 이 두 가지 요건을 모두 충족하는 제품을 내놓아 화제다. Maxim Integrated Field Applications 손성호 부장을 만나 제품 설명과 웨어러블과 IoT 기기 개발의 핵심에 대해 들어보고자 한다.  

-    이번에 소개할 제품이 웨어러블/IoT 기기에 특화된 PMIC 제품이라고 들었다. 매우 흥미로운데 제품에 대해 간략한 소개 부탁드린다.

오늘 소개시켜 드릴 제품은 코인 셀이나 일반 전지를 사용하는 기기들로 한번의 충전으로 오래 사용해야 하는 웨어러블과 IoT 기기에 적합한 MAX14720 PMIC이다.

-    웨어러블과 IoT기기에 적합한 제품이란 어떤 문제들을 만족시켜야 하는가

웨어러블과 IoT 기기들은 항상 몸에 지니고 다녀야 하기 때문에 크기가 작아야 한다. 또한 몸의 상태나 지속적인 신호들을 감지해야 하기 때문에 한 번 충전하여 장시간 사용할 수 있어야 한다. 그런데 Wearable과 IoT 기기들이 갈수록 더 작아지고 기능들이 추가되면서, 사용되는 개별반도체(디스크릿-discrete)가 점점 증가하게 되어 PCB공간을 넓게 차지할 수 밖에 없어진다. 그리하여 솔루션 크기와 효율에 대한 이슈가 제기되고 있다. 

-    정리하자면 웨어러블과 IoT 기기들은 저전력과 소형화가 핵심인데 먼저 PMIC는 어떻게 저전력을 구현할 수 있는가

MAX14720는 Buck-Boost(벅 부스트), Buck(벅) 그리고 LDO(Low-dropout regulator)와 같은 파워 레귤레이터들을 제공하여 모두 낮은 대기 전류로 작동할 수 있게 하였고 battery seal(배터리 실) 모드를 통해 배터리 수명을 길게 연장할 수 있게 하였다.

-    파워 레귤레이터의 역할과 배터리의 실 모드를 구체적으로 설명한다면

앞서 말한 레귤레이터들은 경쟁사 대비 10배 낮은 대기 전류값을 제공하기 때문에 sleep(슬립)/standby(스탠바이) mode(모드)가 많은 기기의 배터리 수명을 늘릴 수 있다. 배터리 실 모드란 power switch(파워스위치) 를 이용하여 power rail(파워레일)을 완벽히 끊어주기 때문에 사용하지 않거나 매장에 오래 보관될 경우에도 전력 소모를 줄여 배터리 수명이 오래가도록 해준다. 

-    대기 전류가 웨어러블과 IoT 제품에 중요한 이유는 무엇인가.

엔지니어들은 sleep mode(슬립모드)가 이미 저전력이기 때문에 배터리 수명과는 연관이 없다고 생각할 수 있지만 사실은 그래프를 보듯이 sleep mode는 wearable/IoT 제품의 슬립모드 전류를 줄여주는 것이 배터리 연장의 핵심이다. sleep mode(슬립모드)에서 몇 nA(나노암페어)의 전류라도 아낄 수 있다면 전체 배터리 수명은 크게 증가하게 될 것이다. 
 

▲모드 별의 전력 소모 사용률

-    저전력 말고도 타사대비 MAXIM만의 강점은 무엇인가.

특히 MAX14720의 경우, 탑재되어 있는 1.2V Buck(벅)이 90%의 높은 효율성을 제공하기 때문에 일반 LDO를 사용하는 애플리케이션에 비해 전력 소비를 줄일 수 있는 것이 특징이다. 또한, 푸시 버튼 입력 모니터링, 파워 업 시퀀싱, 전압 레일 모니터링과 같은 기능까지 포함하고 있어 전력 제어에 대한 유연성까지 갖추었다. 이를테면 파워 키를 눌렀을 때 파워 키를 어떻게 처리 해야하는지 혹은 어떤 파워를 먼저 끄고 켜야 하는지에 대한 시퀀스 인터페이스를 적용해 개발자들이 좀 더 쉽게 파워 컨트롤을 할 수 있다. 이런 모든 기능을 포함하고도 2.26 x 2.14 mm2 작은 크기덕분에 공간적 제약이 많은 웨어러블과 IoT 제품에 적합한 것이 강점이라 할 수 있겠다.

-    이런 여러 기능이 들어가있음에도 불구하고 크기를 줄일 수 있었던 이유는 무엇인가.

맥심은 Intergrated(통합) 의 특화된 기술을 가지고 있기 때문에 여러 DC/DC, 컨트롤 블록까지 포함하여도 작은 크기의 제품을 만들 수 있었다.

-    마지막으로 엔지니들이 이 제품을 선택해야 하는 이유를 강조한다면

MAX14720 PMIC 제품은 앞서 말씀 드렸듯이 추가적인 기능과 함께 여러 부품들을 한 곳에 통합하여 공간적 제약에서 자유로울 수 있으며 또 저전력을 구현할 수 있는 파워 컨트롤 덕분에 그야말로 웨어러블과 IoT에 가장 적합한 제품이라고 말할 수 잇다. 게다가 직접적인 IC 제공하기 때문에 개발 시간 단축과 비용 절감 효과를 기대할 수 있는 좋은 개발 환경을 제공할 것 이다.