자동차 카메라 시장 규모, '23년 75억 달러 육박
ADAS 증가와 후방 백업 카메라 탑재 의무화로
자동차 안전무결성 수준 준수 여부 고려 필요


오늘날 자동차는 레이더, 라이다(LiDAR) 등 첨단 센서를 결합한 카메라가 여럿 탑재되어 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 같은 안전 기능을 지원한다. 이들 센서는 서로 연동돼 사각지대, 보행자, 차선 감지는 물론 자동 주차를 지원하기도 한다.

현재 반자율 주행 차량 일부는 8대에서 12대의 카메라가 주차 지원을 위해 360도 서라운드 뷰를 지원하며, 전방 250m 거리의 시야를 제공하고 충돌을 예방한다.

리서치앤마켓의 보고서에 따르면 전 세계 자동차 카메라 시장은 2018년부터 2023년까지 연평균 24.3% 성장하며 75억 달러로 증가할 전망이다. 이 보고서는 ADAS 수요와 함께 북미와 유럽의 후방 백업 카메라 의무규정이 성장의 핵심 동력이라고 분석했다.

또한, 일부 자동차의 경우 카메라가 기존 사이드미러를 대체하기 시작했다. 새로운 운전자 모니터링 시스템은 카메라로 졸음이나 주의력 저하 등 운전자 상태를 측정하기도 한다. 나날이 강화되는 안전 기준은 카메라 수요를 올리고 있다.

이처럼 자동차 카메라는 안전에 중요한 역할을 담당하기 때문에 카메라에 대한 전력과 운영 신뢰성 보장이 중요해졌다. 따라서 자동차 안전무결성 수준(ASIL)에 대한 준수 여부를 고려해야 한다.

자동차 시스템에 내재한 안전 관련 위험을 분류하는 ASIL은 안전이 최우선인 자동차 부품에 대한 국제 표준 ISO 26262를 준수하는 데 있어 핵심 사항이다.


전력과 안전의 균형 안배
자동차 카메라에는 다양한 전력 관리 체계가 있고, 그 경로는 전원을 공급하는 차량용 배터리서부터 원격 카메라까지 이어진다.

12V 자동차 배터리가 있고 동축 케이블을 통해 전원을 공급해야 할 여러 대 카메라가 있다고 가정하자. 이 조건에서는 배터리와 배선 간 광범위한 전압 편차(카메라당 0.3A에서 8~10V)가 있어 동축 배전 시스템을 통해 여러 전압을 전송하는 것과 다양한 제약 사항을 고려해야 한다.

특히 출발-정지, 콜드 크랭크 상태 등 여러 전압 환경에 맞춰 벅부스트 컨버터를 조정해야 한다. 그뿐만 아니라 과전류, 접지 단락, 배터리 단락으로 발생하는 손상은 운전자와 탑승자 안전을 위협할 수 있다. 문제 해결을 위해서는 시스템 모니터링을 위한 추가 하드웨어와 소프트웨어의 개발, 시스템 카메라 수에 따른 여러 개별 장치가 요구된다.

자동차 카메라 모듈용으로 출시된 카메라 전력 보호기 IC는 채널당 최대 전류를 엄격하게 제어해 고장 저감 회로를 최소화한다. 또한, 각 카메라에서 고장이 발생하면 이로 인한 영향이 단일 전원 공급장치 또는 다른 카메라에 파급되는 것을 차단할 수 있고 I²C를 통해 고장 진단 정보도 제공한다.

카메라 보호기는 카메라 시스템의 융합 전기제어장치(ECU)의 일부를 구성할 수 있다. 벅부스트 컨버터는 차량 배터리에 연결되어 카메라 보호기와 교류 차단 코일, 동축 케이블을 통해 원격 카메라에 직류 전원을 공급한다.

쿼드 직병렬 변환기는 교류 결합 콘덴서와 동축 케이블을 통해 MCU를 원격 카메라에 연결한다. 각각의 원격 카메라는 자동차 전력관리 IC(PMIC)와 직병렬 변환기, 영상 센서가 제어한다.


업계 유일 ASIL 등급 카메라 보호기
맥심 ‘MAX20087’은 원격 카메라 시스템에 연결할 수 있는 카메라 보호기 IC로, I²C 기반 진단 기능이 탑재된 ASIL 등급 카메라 보호기(ASIL B~ASIL D규격 준수)다.

듀얼/쿼드 두 가지 타입으로 나뉘는 이 제품은 4mm × 4mm, 20핀 TQFN 규격의 600mA 보호 스위치 2개 또는 4개를 제공한다. MAX20087 장치 하나가 4대 카메라를 동시에 지원하며, 이 장치 2개를 하나의 버스(Bus)에 병렬로 연결하면 최대 8대 카메라를 지원할 수 있다.

이 장치는 각 출력을 배터리 단락, 접지 단락, 과전류 상황으로부터 개별적으로 보호한다. 통합형 8비트 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 ASIL 기준에 맞춰 전류, 전압 및 공급 판독 값을 모니터링한다.

MAX20087는 여러 기능이 내장되어 별도의 추가 구성품이 필요 없다. 그 예로, 배터리 단락으로 인한 전류가 공급 레일로 유입되는 것을 자체적으로 차단하기 때문에 각 채널에 역방향 차단 다이오드를 연결할 필요가 없다. 개별 보호기로 작동할 수 있고 고급 제어 및 진단을 위해 I²C 인터페이스를 통해 컨트롤러에 연결해 사용 가능한 MAX20087 평가 키트를 활용해 자동차 카메라 설계 시 MAX20087의 성능을 평가할 수 있다.

맥심은 카메라 시스템의 전력 관리 아키텍처를 보완해주는 다양한 자동차 전력용 IC를 제공한다. 맥심의 자동차용 PMIC는 원격 카메라를 지원한다.

MAX25249, MAX25249B 쿼드 출력 미니 PMIC는 3개의 DC-DC 컨버터와 PSRR LDO를 3.5mm × 3.5mm 20핀 TQFN에 집적했다.

MAX20049는 쿼드 전원 IC로 자동차 카메라 모듈용 500mA 벅 컨버터와 듀얼 LDO가 탑재됐다. 2개 강압 변환기는 입력전압이 3.5~17V일 때 고정 주파수 진폭변조(PWM) 방식 작동에 맞춰 설계됐다.

자동차 카메라는 자동차 시스템에서 중요한 역할을 담당하므로 적절한 전원 공급과 안정적인 작동이 필수다. 올바른 자동차용 PMIC가 설계에서 큰 차이를 가져오기 때문이다.



이 기사는 맥심 인터그레이티드 자동차 사업부의 스태리 차이(Starry Tsai) 총괄 비즈니스 매니저와 친탄 파리크(Chintan Parikh) 비즈니스 디렉터의 ‘ASIL 규격 준수하는 자동차 카메라 보호 IC 필수(Car Camera Power Protection with ASIL Compliance)’라는 제목의 글을 정리한 것입니다.