세계에서 가장 작은 아날로그 인터페이스 - GreenPAK으로 구축됨
At a Glance
GreenPAK이 아날로그 인터페이스 PCB 면적을 어떻게 줄이는지, 그리고 곧 출시될 SLG46801이 WLCSP 패키징과 시스템 내 재프로그래밍 가능성을 어떻게 결합하는지 확인해 보세요.
소형 아날로그 인터페이스는 회로도에서 보이는 것보다 더 많은 PCB 면적을 차지하는 경우가 많습니다. 예를 들어 센서 임계값 검출기에는 비교기, 타이밍 회로, 래치, 그리고 인터럽트 또는 제어 신호를 생성하는 로직이 필요할 수 있습니다. 각 부품은 자체 풋프린트, 배치 이격거리, 배선 공간을 추가로 요구합니다. 웨어러블 또는 소형 센서 모듈에서는 이러한 보조 회로가 배터리, 안테나, 기구적 요소와 공간을 두고 경쟁하게 됩니다.
GreenPAK는 아날로그 검출, 타이밍, 구성 가능한 로직을 하나의 작은 패키지에 통합함으로써 이러한 면적을 줄여줍니다. 이를 통해 엔지니어는 호스트가 응답하기 전에 아날로그 이벤트를 판별하는 회로를 포함한 전체 인터페이스 기능을 하나로 통합할 수 있습니다. 기존 GreenPAK 디바이스는 이미 수 제곱밀리미터에 불과한 패키지에서 이러한 접근 방식을 지원하고 있으며, 곧 출시될 SLG46801은 더 작은 WLCSP 옵션과 시스템 내 재프로그래밍 기능을 추가합니다.
아날로그 인터페이스 통합
예를 들어, 센서 출력이 지정된 시간 동안 임계값을 초과할 때 인터럽트를 발생시키는 센서 인터페이스를 생각해 볼 수 있습니다. 개별 부품으로 구현할 경우, 비교기, 타이머, 그리고 판별된 이벤트를 enable 신호와 결합하는 로직이 필요할 수 있습니다. 호스트가 이를 확인할 때까지 이벤트를 유지하기 위해 래치를 사용할 수도 있습니다. 적절한 리소스를 갖춘 GreenPAK 디바이스는 내부 비교기, 카운터, LUT, 플립플롭을 통해 이러한 기능을 구현할 수 있습니다.
이러한 통합은 래치형 센서 인터페이스를 넘어 더 폭넓게 적용됩니다. 예를 들어 전원 임계값 검출, 센서 알람 판별, 또는 지연 후 다른 회로를 활성화하는 기능도 포함될 수 있습니다.
또한 이러한 통합은 PCB에서 부품 간 연결을 제거합니다. 비교기 출력과 타이밍 신호는 내부 연결 매트릭스를 통해 전달될 수 있으므로, 센서 인터페이스 주변에 라우팅해야 하는 트레이스 수가 줄어듭니다. 그 결과 설계자는 PCB 상의 잡음원으로부터 아날로그 입력, 특히 낮은 SNR 신호를 더 자유롭게 분리해 배치할 수 있습니다.
기존 GreenPAK 패키지 크기
여러 기존 GreenPAK 디바이스는 얼마나 많은 기능을 소형 패키지에 담을 수 있는지를 잘 보여줍니다. 아래에는 세 가지 예가 제시되어 있으며, 가장 작은 리드리스 패키지(STQFN) 크기는 1.6 mm × 1.6 mm입니다. 추가적인 아날로그 또는 전력 기능을 갖춘 디바이스도 여전히 소형이므로, 회로 요구사항에 맞춰 패키지를 선택할 수 있습니다.
예시 디바이스 | 소형 패키지 옵션 | 패키지 바디 면적 | 관련 통합 리소스 |
SLG46120 | 1.6 mm × 1.6 mm STQFN | 2.56 mm² | 비교기 2개, 로직, 카운터, 지연 기능 |
SLG46116 | 1.6 mm × 2.5 mm STQFN | 4.00 mm² | 비교기 2개, 로직, 타이밍 기능, P채널 전원 스위치 |
SLG46620 | 2.0 mm × 3.0 mm TQFN | 6.00 mm² | 비교기 6개, 8비트 SAR ADC, DAC 2개, 로직 |
비교 예시로, 아날로그 프런트엔드에 각각 2 mm × 2 mm 패키지를 사용하는 개별 비교기, 타이머, 로직 IC가 필요하다고 가정해 보겠습니다. 이들의 총 바디 면적은 12 mm²입니다. 동일한 기능을 1.6 mm × 1.6 mm GreenPAK 디바이스 하나로 통합하면 면적은 2.56 mm²로 줄어들며, 이는 보드 면적 기준 약 79% 감소에 해당합니다.
가장 작은 패키지를 선택하기 전에 다음 사항을 확인해야 합니다.
- 비교기 입력 범위가 선택한 전원 전압과 맞는지 확인하고, 센서 요구사항에 대해 히스테리시스와 응답 시간을 검토합니다.
- 전체 인터페이스에 필요한 핀 수와 매크로셀 할당이 가능한지 확인합니다.
- 타이밍 허용오차, 시동 동작, 출력 부하, 조립 요구사항을 검토합니다.
WLCSP의 SLG46801
곧 출시될 SLG46801은 멀티타임 프로그래머블 메모리와 두 가지 발표된 패키지 옵션, 즉 1.6 mm × 1.6 mm STQFN 및 1.155 mm × 1.155 mm WLCSP를 통해 이러한 통합 접근 방식을 확장합니다. 예정된 WLCSP 디바이스는 약 1.33 mm²의 면적만 차지하여, STQFN 옵션보다 약 48% 더 작은 면적을 차지하게 됩니다.
SLG46801은 고속 아날로그 비교기 2개, 구성 가능한 로직, 카운터, 지연 기능, 오실레이터를 통합합니다. 프리뷰 데이터시트에 따르면 동작 및 프로그래밍 모두에 대해 1.71 V~5.5 V의 전원 범위를 지원합니다. I²C를 통해 시스템 내 재프로그래밍에 접근할 수 있으므로, 지원되는 로직 및 타이밍 구성을 배포 후에도 변경할 수 있습니다. 또한 GPIO와 I²C 기능을 동적으로 공유할 수 있도록 발표된 점은 사용 가능한 핀이 제한적인 설계에 도움이 됩니다.
새로운 SLG46801 디바이스는 멀티 프로그래밍도 지원하므로, 동작 중에 디바이스를 실시간으로 재구성할 수 있습니다. 센서 인터페이스의 경우, 이러한 재프로그래밍 기능을 통해 부품 교체 없이 이벤트 판별 방식이나 제어 동작을 수정할 수 있습니다.
WLCSP를 선택할 때는 권장 랜드 패턴, 솔더 마스크 형상, 라우팅 규칙, 조립 가능성을 검토해야 합니다. 엔지니어는 지금 인터페이스 아키텍처를 평가하고, 이후 양산 패키지 문서를 사용해 레이아웃을 확정할 수 있습니다. 가장 큰 면적 절감 효과는 먼저 인터페이스를 통합한 다음, 보드와 조립 공정이 지원할 수 있는 가장 작은 패키지를 선택할 때 얻을 수 있습니다.
소형 아날로그 제어 인터페이스에 GreenPAK 활용
리셋 및 웨이크-슬립 컨트롤러는 위에서 설명한 아날로그 인터페이스 통합의 실용적인 예이지만, 물론 통합 기회를 제공하는 다른 많은 아날로그 센싱 애플리케이션도 존재합니다. 전원 모니터링, 임계값 검출, 이벤트 판별, 리셋 타이밍 기능은 하나의 GreenPAK 디바이스에 함께 구현될 수 있으며, 그 결과 호스트 프로세서 주변에 필요한 개별 IC와 상호 연결 수를 줄일 수 있습니다.
온칩 비교기는 아날로그 조건을 감지하고, 구성 가능한 LUT, 플립플롭, 카운터는 언제 리셋을 인가하고, 회로를 활성화하며, 또는 호스트를 깨울지를 결정합니다. 이러한 하드웨어 기능은 별도의 펌웨어 제어 루프 없이 동작할 수 있으므로, 프로세서는 판별된 이벤트가 주의를 요구할 때까지 슬립 상태를 유지할 수 있습니다.
이 Go Configure 개발 도구를 사용하면 엔지니어는 애플리케이션 요구사항에 맞춰 이러한 기능을 구성할 수 있습니다. 디바이스 선택 시에는 패키지를 결정하기 전에 필요한 아날로그 리소스, 타이밍 동작, 사용 가능한 핀 수를 고려해야 합니다. SLG46801은 지원되는 구성 변경에 대해 시스템 내 재프로그래밍 기능을 추가하면서, 이러한 통합 접근 방식을 WLCSP까지 확장합니다.
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