FPGA나 ASIC을 사용하는 대다수의 완제품 애플리케이션에서 최근 텔레메트리에 대한 수요가 증가하고 있다.
그 중 가장 큰 시장을 이루고 있는 것은 컴퓨팅, 통신, 국방, 항공전자, 산업 등의 분야이다. 여기서는 텔레메트리가
무엇인지 설명하고, 몇 가지 구현 방법에 대해 알아 본다.

텔레메트리(Telemetry)란 PMBus, I2C, SPI와 같은 디지털 인터페이스를 통해 계측과 제어, 자동 데이터 전송을 실행하는 것이다.
전원 공급 장치에 텔레메트리가 필요한 이유는 무엇일까? 대다수의 완제품 애플리케이션은 전압, 전류, 온도, 전원, 그 밖에 여러 가지 디바이스 파라미터들에 대한 감시가 필요하며, 심지어 동적 제어도 요구된다.
예를 들어, 다중 위상 공급 장치를 가진 FPGA 애플리케이션에서 텔레메트리를 이용해 하나의 페이즈를 추가하거나 솔루션을 조정하면 최적의 성능을 발휘할 수 있다. 또 다른 대표 애플리케이션으로는 서버, 기지국, 라우터, 국방용 애플리케이션, 테스트 및 계측 장비가 있다.
그렇다면 텔레메트리를 사용자의 애플리케이션에 어떻게 적용할 수 있을까? 텔레메트리를 시스템에 구현하여 설계자에게 최대의 제어, 탄력, 단순성을 제공하는 방법은 여러가지가  있다.
최대로 제어하기 위해, 디지털 파워 컨트롤러는 마이크로컨트롤러(MCU)와 통합된 데이터 컨버터의 장점을 갖추고 있으며, 감지된 데이터를 포착 및 가공하여 솔루션을 조종하는 광범위한 레지스터 세트를 제공한다.
기본 기능을 제어하기 위해 단순성을 원할 경우, 사용자의 애플리케이션에는 통합 PMBus(또는 I²C, SPI, 기타) 텔레메트리 기능을 가진 컨트롤러가 적합할 수 있다. 디지털 인터페이스를 가진 파워 컨트롤러의 대안은, 디지털 시퀀서나 분리된 아날로그 컨트롤러 및 컨버터와 조합하여 사용할 수 있는 시스템 헬스 모니터일 것이다.

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최대한 제어한다 … 디지털 파워 컨트롤러

정밀 ADC(Analog-to-digital Converter)가 내장된 디지털 파워 솔루션은 입출력 전압과 전류 측정으로 텔레메트릭 데이터의 포착을 도와준다. 이러한 데이터는 보호를 위해 장애 조건을 결정하는 데 사용할 수 있으며, 비휘발성 메모리에 로그인하여 장애의 원인을 파악하는 데에도 도움을 줄 수 있다.
디지털 파워 솔루션에 구현할 수 있는 추가 기능으로는 전압 트래킹, 마지닝(Margining), 시퀀싱, 소프트 스타트 타이밍, 전류 밸런싱, 페이즈 추가 등이 있다. 일반적으로 디지털 파워 솔루션에는 그래픽 유저 인터페이스(GUI)가 있으므로, 최종 사용자는 보다 쉽게 실시간 측정을 구성하고 기록할 수 있다. 그림 1은 디지털 파워 솔루션의 예를 나타낸 것이다.
디지털 파워 솔루션은 확장성, 실시간 데이터 모니터링, 특정 장애 조건으로의 시퀀스 설정 측면에서 최고의 제어성과 탄력성을 제공한다. 그러나 이 솔루션은 약간 복잡하며 비용이 높다. 따라서 특정 애플리케이션에는 적합한 솔루션이지만, 또 다른 솔루션에는 과할 수도 있다.

그림 1. Fusion GUI에 사용된 디지털 컨트롤러로 파워 스테이지 제어

 ‌단순성 … PMBus 컨버터와 통합 텔레메트리

디지털 파워 컨트롤러와 비교했을 때 그 목적이 솔루션을 단순화하는 데 있을 경우, 통합 디지털 인터페이스를 가진 아날로그 파워 IC가 또 다른 대안이 될 수 있다.
이 방식은 주요 파라미터들과 텔레메트리 제어를 제공하지만, 디지털 파워 컨트롤러가 제공하는 광범위한 컨트롤 목록은 부족하다. 측정과 시스템 제어를 위해 데이터를 저장하는 이러한 종류의 솔루션에서 몇몇 PMBus 레지스터들이 발견된다.
•출력 전압 마지닝과 조정
•소프트 스타트 타임
•VDD 저전압 록아웃(UVLO) 레벨
•과전류 보호/전류 한도 설정
•스위칭 주파수
이 솔루션은 순수 디지털 파워 솔루션보다 비용이 효율적이며 덜 복합적이다. 그러나 한정된 레지스터 세트 때문에 솔루션이 그리 탄력적이지 못하다는 것은 단점이다.

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탄력성 … 외부 디지털 시스템 헬스 모니터＋전류 센서＋온도 센서

시스템에 텔레메트리를 추가하는 또 다른 방법은, 고정밀 전류 센서와 온도 센서를 가진 디지털 시스템 헬스 모니터 같은 외부 IC를 추가하는 것이다. 이러한 옵션은(디지털 인터페이스의 존재 여부와 상관없이) 산업용 전원 관리 IC를 사용하는 데 탄력성을 제공한다. 또한 이러한 외부 IC와의 페어링으로 텔레메트리를 제공할 수도 있다.
디지털 시스템 헬스 모니터는 레일 시퀀싱, 마지닝, UVLO, 과전압, 보호(OVP), 디지털 통신 인터페이스가 포함된 IC다. 이것은 장애 제어와 기타 시스템 제어에 사용할 수 있는 데이터를 포착하여 기록한다.

그림 2. 시스템 헬스 모니터와 전류 감지 증폭기 및 온도 센서

전류 및 온도를 감시해야 하는 경우, 그림 2와 같이 시스템 헬스 모니터를 전류 감지 증폭기 및 온도 센서와 함께 사용할 수 있다. 전류를 정밀하게 감지하기 위해, 작은 값의 낮은 공차 감지 저항기를 전류 경로에 놓는 방법을 사용하여 먼저 전류를 전압으로 변환해야 한다. 그 이후에 INA196과 같은 전류 션트 모니터 IC로 저항기 전체의 전압을 증폭시킬 수 있다. 이 IC는 출력 전압을 제공하는 데 필요한 게인을 제공한다. 출력 전압은 디지털 헬스 모니터의 ADC 입력으로 전송된 후 FPGA로 전송될 수 있다.
일부 애플리케이션들은 이러한 고정밀도 측정을 요구하며, 여기에는 외부 고해상도 ADC가 필요하므로 비용이 추가된다. 독립 ADC의 비용을 절약하기 위해, 파워 모니터링 IC(INA226)를 통합 정밀 ADC와 함께 사용하여 전압과 전류를 감시하고 전원을 계산하며 I2C 텔레메트리를 제공할 수 있다(그림 3).

그림 3. 통합 ADC 및 텔레메트리의 파워 모니터

온도 모니터링은 전류 모니터링과 비슷한 또 다른 일반 텔레메트리 애플리케이션이다. 디지털 시퀀서 같은 일부 IC들에는 내부 온도 센서가 다이에 탑재돼 있어 온도 모니터링을 실시할 수 있다. 그러나 이것은 시스템의 어느 한 지점, 즉 다이 온도만 판독하는 것으로 제한된다. 로컬부터 각 전원 공급 장치에 이르기까지 시스템의 여러 지점에서 온도를 모니터링하려면, 온도를 전압으로 변환하고 텔레메트리 인터페이스를 제공하는 원격 온도 모니터링 IC를 이용한다.

텔레메트리를 통해 시스템을 측정, 제어하는 방법은 여러 가지다. 여기서는 텔레메트리를 시스템에 통합하는 3가지 방법을 제시했다. 디지털 파워는 제어가 뛰어나고, 디지털 인터페이스를 가진 아날로그 파워 솔루션은 단순성을 제공한다. 그리고 외부 시스템 모니터는 솔루션에 적합한 부품을 선택할 때 가장 뛰어난 탄력성을 발휘한다.

Sureena Gupta, Sami Sirhan / TEXAS INSTRUMENTS