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[Technical Report] A²B 애플리케이션에 관한 모든 것

입력 : 2020.11.13 13:17

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[헬로티]

 

역사적으로 자동차 업계는 산업용, 컨수머, 의료 등 인접 분야에서 개발된 기술들을 차용해 왔다. 광업에 사용되던 컨베이어 시스템을 도입해서 자동차 대량생산을 혁신한 것에서부터 30여 년 전 전자 제어 유닛(ECU)에 마이크로컨트롤러(MCU)를 처음 활용한 이래 계속해서 프로세싱 성능이 진화해온 것에 이르기까지, 자동차 업계가 타 분야에서 개발한 기술을 빌려 쓴 사례는 셀 수 없이 많다. 


이번에는 자동차 분야가 이 은혜를 갚게 되었다. 자동차 분야에 사용되는 기술을 다양한 분야에 적용하여 오디오 분배 문제를 간소화할 수 있게 된 것이다.


A2B버스는 원래 자동차 애플리케이션의 오디오 분배 문제를 해결하기 위해서 고안된 고대역폭, 양방향, 디지털 버스이다. 기존의 자동차 오디오 네트워크는 여러 개의 점-대-점 아날로그 연결을 해야 했다. 


A2B기술은 케이블 무게, 케이블 비용, 배선의 어려움, 다중 연결의 신뢰성을 비롯해서 점-대-점 아날로그 연결에 따른 많은 문제들을 해결한다. 분산된 다중노드 오디오 시스템에 비차폐 연선(UTP) 케이블과 커넥터 인프라를 사용해서 오디오 데이터(I2S/TDM/PDM)와 제어 데이터(I2C)의 완전 동기식 전송이 가능하다. 상/하향으로 최대 32개 오디오 채널을 지원하며, 총 50Mbps의 대역폭을 제공한다. A2B기술은 점-대-점, 데이지 체인, 분기 네트워크 토폴로지를 지원할 수 있다.

모든 네트워크는 하나의 마스터 노드와 최대 10개의 슬레이브 노드로 이루어진다. 마스터 노드는 호스트 프로세서에 연결된 A2B트랜시버를 갖고 있어 오디오, 제어 데이터, I2C데이터를 A2B버스 상에서 전송할 수 있다. 슬레이브 노드는 상당한 프로세싱 성능을 포함하는 고급형 증폭기에서부터 버스 전원을 사용하는 마이크 노드에 이르기까지 복잡한 것도 있고 단순한 것도 있으며, A2B트랜시버가 마이크, 디지털 신호 프로세서(DSP), 스피커, 센서(가속도계 등), Class-D 증폭기 같은 다양한 장치들로 인터페이스한다. 


마스터와 슬레이브 트랜시버 디바이스는 TDM(time division multiplexed)과 PDM(pulse-density modulation) 마이크 입력을 지원하는 등의 다양한 기능을 지원할 수 있다. 엔드포인트 슬레이브(TDM 미지원), 단순화된 마스터(더 짧은 케이블 길이 지원, 더 적은 수의 슬레이브 지원), 단순화된 엔드포인트 슬레이브(더 짧은 케이블 길이 지원, 더 적은 수의 PDM 입력 지원) 같이 다양한 기능 수준으로 다양한 형태의 A2B트랜시버들이 존재한다.

애초에는 자동차 애플리케이션용으로 한정된 제품들이 출시되었으나, 2019년부터 여러 분야의 애플리케이션에 사용할 수 있게 다양한 A2B기술이 선보이고 있다.

자동차 분야에서 성공적으로 입증된 A2B버스의 활용 사례들은 다른 분야들로 빠르게 확산하고 있다. 이러한 예로서 건설 장비와 농업용 장비를 들 수 있다. 이들 장비들에 핸즈프리 통화, 다중 마이크를 통합한 빔 포밍, 비상 호출 시스템, 노이즈 제거 같은 기능들을 구현함으로써 작업자들을 위해서 안전성, 편의성, 연결성을 높일 수 있다.

 

▲ A²B 아키텍처 예시


오프로드 차량 및 상용차용 공급회사인 Fritzmeier Cab 시스템은 Antretter & Huber의 SMARTCOM 시스템과 함께 A2B기술을 활용하고 있다. 마이크, 능동 스피커, FM/DAB 스마트 라디오 모듈로 이루어진 SMARTCOM 시스템은 써드파티 모듈 통합을 간소화하도록 설계되었다. A2B버스에 기반한 SMARTCOM 시스템은 마스터 노드에 최대 10개의 슬레이브 노드를 연결할 수 있고 양방향 오디오 트래픽을 지원한다.

많은 승객들을 운송하는 버스, 열차, 비행기에도 A2B기술을 활용할 수 있다. 이러한 운송 수단에 A2B기술을 활용하면 경제적이고 가벼운 UTP 케이블을 사용해서 예컨대 분산된 스피커들을 효율적으로 연결할 수 있다. 이뿐만이 아니다. A2B디바이스는 네트워크상에서 하향(마스터 노드에서 슬레이브 노드로) 및 상향(슬레이브 노드에서 마스터 노드로)으로 최대 32개 오디오 채널을 지원할 수 있으므로, 단일 시스템으로 서로 다른 여러 오디오 콘텐츠 채널을 제공할 수 있다. 일례로 관광 버스에 이 기능을 활용하여 다양한 장르의 음악을 제공하거나 다중 언어를 지원하는 여행 안내 방송을 제공할 수 있다.

중요도가 높지 않은 GPIO 데이터를 장거리로 전송할 수 있는 A2B버스의 능력을 운송 분야의 여러 용례에 적용할 수도 있다. 예를 들면 이 능력을 활용해서 버스의 정차 버튼을 구현할 수 있다. 최소한의 프로세싱 오버헤드만으로 이러한 기능을 구현할 수 있다. 마스터 노드가 초기화를 해서 A2B링크를 구성하고 나면, GPIO들이 추가적인 호스트 개입 없이 동작할 수 있다.

운송 업계 외의 다른 분야에서는, AES67 같은 많은 표준들이 이더넷이나 인터넷 프로토콜(IP) 같은 기술을 사용해서 예를 들면 가정이나 소규모 스튜디오에서부터 경기장이나 쇼핑 센터에 이르는 여러 장소에서 다양한 거리별로 오디오를 전송한다. 긴 거리로 오디오를 전송하는 데 있어서, A2B기술은 이더넷 기반 기술들과 직접 경쟁하는 것이 아니다. 오히려 A2B기술은 이 기술을 보완하는 것으로 볼 수 있으며, 백본 네트워크와 주변장치들(마이크, 스피커 등) 사이에 에지 커넥티비티를 제공할 수 있다.

가령 경기장에 오디오를 설치한다고 할 때, AES67 같은 이더넷 기술은 주경기장 전체, 또는 특별실이나 레스토랑 같은 국소 영역들 간에 오디오를 매우 효과적으로 분배할 수 있다. 하지만 국한된 영역 안에서는 A2B기술을 사용해서 이더넷 기술을 네트워크 에지에 연결할 수 있다. A2B트랜시버는 네트워크 컨트롤러와 PHY를 포함한다. A2B디바이스에 사용되는 UTP 커넥터는 비용면에서 경제적이고, 손쉽게 설치할 수 있으며, UTP 케이블은 경제적이고, 유연하고, 무게도 가볍다. A2B기술은 노드 프로세싱 관점에서도 유리하다. 마이크로컨트롤러를 사용할 필요 없이 슬레이브 노드를 구현할 수 있기 때문이다.

 

 

▲ A²B를 활용한 에지 연결

 

A2B버스는 애초에 설계될 때 네트워크 전반에 걸쳐서 프로세싱 요구를 최소화하도록 설계되었다. 시스템 초기화 때, 마스터 A2B노드의 트랜시버가 A2B네트워크를 구성한다. 이 작업은 호스트 컨트롤러가 맡는다(호스트 컨트롤러는 I2C인터페이스를 갖춘 어떤 IC나 SoC든 사용할 수 있다). ADI는 네트워크 구성을 위한 레퍼런스 소프트웨어 스택을 임베디드 C 또는 리눅스 형식으로 제공한다. 네트워크를 구성하고 난 후에는 추가로 필요한 소프트웨어가 해당 애플리케이션에 선택한 상태 검사 기능뿐이다. 이와 비해, 다른 기술들은 네트워크로 연결되는 모든 노드에 복잡한 스택을 실행해야 한다.

A2B기술은 최소한의 노드 프로세싱만 필요로 할 뿐만 아니라 케이블을 통해서 전력 공급이 가능해, 극히 단순화된 슬레이브 노드 설계를 필요로 하는 애플리케이션에 적합하다. 예를 들어 토크백 마이크나 픽업 장비 같은 녹음 스튜디오의 많은 애플리케이션들에 버스 전원을 사용하면 노드 설계를 간소화할 수 있다. 버스 전원 노드와 로컬 전원 노드를 결합하면 A2B기술이 제공하는 24비트 96kHz 디지털 오디오 경로를 활용한 복잡한 스튜디오 설계를 구현할 수 있다. A2B가 지원하는 케이블 길이 또한 스튜디오나 소규모 무대 환경에 유리하다. 이러한 유연성을 소규모 무대 환경에 활용하여 믹싱 데스크, 모니터, 마이크, 이퀄라이저, 증폭기 같은 장비들을 연결할 수 있다.

 

 

▲ A²B 소프트웨어 스택 아키텍처

 

A2B가 지원하는 긴 케이블 길이 특성은 오늘날 회의실에 꼭 필요한 장비인 원격회의 시스템에도 유용하게 활용할 수 있다. 원격회의 시스템을 위해서는 마이크, 스피커, 묵음(mute) 버튼 같은 다양한 장치들을 연결해야 한다. A2B기술의 극히 낮은 확정적 지연시간을 원격회의 시스템에 활용해서 빔 포밍 마이크 솔루션을 구현할 수도 있다. 이 빔 포밍 구현의 효과는 마이크 숫자, 이용할 수 있는 프로세싱 성능, 시스템의 지연시간 같은 것들에 따라서 영향을 받는다. A2B기술은 동기식으로 데이터를 교환하고 최대 지연시간을 50ms 미만으로 보장한다. 또한 원격회의 시스템에 A2B버스의 GPIO 지원 기능을 활용해서 묵음 제어 버튼이나 통화 수신 또는 묵음 상태 지시 같은 보조 신호들을 통신할 수 있다.

자동차 환경에서 EMI/EMC 적합성이 입증된 A2B기술은, 까다로운 EMC 환경에서 오디오와 그 밖의 다른 데이터를 확실하게 전송해야 하는 애플리케이션에 매력적인 솔루션을 제공한다. 방사, 내성, ESD를 비롯해서 엄격한 자동차 EMC 규정에 대해서 적합성이 입증된 A2B버스는 항공우주 분야의 애플리케이션에 매우 이상적이다. 기본적인 설계 지침을 준수하면서 레퍼런스 디자인을 사용해서 규정을 충족하는 시스템 설계를 편리하게 개발할 수 있다.

레퍼런스 디자인을 사용하면 설계 작업을 간소화하고 개발 시간을 줄일 수 있다. 아나로그디바이스와 다수의 써드파티 업체들이 A2B기술용으로 하드웨어 레퍼런스 디자인을 제공한다. 이와 함께 샘플, 도큐멘테이션, 평가 키트도 제공한다. A2B에코시스템의 또 다른 중요한 요소들로는 소프트웨어, 설계 툴, 써드파티 설계 파트너 회사들도 포함한다.

 

 

▲ A²B 평가 시스템 샘플

 

레퍼런스 소프트웨어 스택 아키텍처와 함께, 아나로그디바이스는 A2B기술을 위해서 업계에서 인정받은 개발 툴로서 SigmaStudio를 지원한다. SigmaStudio는 A2B설계 작업의 모든 측면들을 지원하는 설계 툴이다. 드래그-앤-드롭 방식으로 A2B노드들과 보조 디바이스들을 끌어다 놓아서 네트워크를 설계할 수 있으며, 네트워크 구성, 비트 오류율 분석, 대역폭 계산, 전력 계산 등을 할 수 있다. SigmaStudio가 구성 데이터를 취해서 .c 및 .h 파일을 생성하면 이것을 소프트웨어 스택에 통합할 수 있다.

 

 

▲ SigmaStudio 네트워크 구성 툴


A2B버스 에코시스템에는 Mentor, Total Phase 같은 테스트 장비 회사들도 포함된다. 이들은 A2B분석기와 모니터링 장비 등을 제공한다. A2B분석기는 A2B네트워크로 마스터 노드나 슬레이브 노드를 에뮬레이트할 수 있다. 그러므로 A2B네트워크를 설계하거나 시제품을 개발할 때 유용하다. A2B모니터링 장비는 A2B네트워크 상에서 수동 노드로 동작해서 오디오 입력과 출력을 지원하면서 이 노드를 통해서 전달되는 모든 A2B오디오와 데이터를 모니터링할 수 있다. 


이러한 툴들을 활용하면 개발 시간을 단축하고 설계 복잡성을 낮출 수 있다. 제품을 출시하기 전이나 출시하고 나서 문제를 빠르게 디버깅할 수도 있다. 또한 다수의 써드파티 설계 서비스 파트너사들이 검증된 A2B설계를 제공한다. 이 파트너사들은 하드웨어 모듈에서부터 하드웨어 및 소프트웨어 설계 지원에 이르는 다양한 서비스를 제공한다.

이미 잘 알려진 오디오 및 데이터 전송 능력 외에, 에코시스템, EMI/EMC 견고성, 케이블 길이 지원, 최소한의 프로세싱 오버헤드 같은 이점들까지 더함으로써, A2B는 운송, 전문가급 AV, 음악 제작, 공연 같은 다양한 분야의 애플리케이션에 매력적인 솔루션을 제공한다.


/ 조 트릭스(Joe Triggs) 아나로그디바이스 애플리케이션 매니저

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