지난 글에 이어 이번 글에서는 개발자가 PKE 시스템을 설계할 때 핵심적으로 고려해야 하는 4개 요소에 대해 알아보겠다.

개발자는 정전용량방식 터치센싱을 활용하는 PKE 시스템을 개발할 때 반드시 고려해야 하는 핵심요건으로 ▲응답시간 ▲소비전력 ▲환경적 영향 ▲신뢰성을 고려해야 한다.

응답시간
일반적인 PKE 시스템의 총 응답시간은 150ms 미만이다. 이는 도어 핸들 모듈이 절전모드에서 깨어나 잠금 해제 센서의 터치를 감지하여 LF 통신을 시작하고 키 포브 응답을 인증한 후 차문 잠금을 해제하는데 걸리는 시간이다.

기계식 스위치로 활성화되는 PKE 시스템은 절전모드에서 비교적 빨리 깨어나고, LF통신에 시간이 거의 걸리지 않는다. 정전용량방식 시스템의 경우 마이크로컨트롤러(MCU) 기반의 전자기기가 사용되기 때문에 절전모드 해제 후에 터치를 감지하여 LF통신을 개시하는데 시간이 추가로 필요하다.

정전용량방식 터치 도어 핸들에서 터치를 인식·측정하는데 걸리는 시간은 150ms 한도 내에서 잠금을 해제할 수 있도록 보통 20ms 미만이어야 한다.

소비전력
PKE 도어 핸들 모듈의 평균 소비 전력은 100uA 미만이어야 한다. 스위치를 사용하여 기계적으로 LF통신을 가동하는 기존 시스템의 경우, 스위치 활성화에 의한 인터럽트 구동 방식으로 모듈을 깨우기 때문에 이는 크게 문제가 되지 않는다.

이 경우 전력 소모량은 100uA 요건보다 훨씬 더 적고, 애플리케이션에서 사용되는 마이크로컨트롤러의 종류에 따라서는 몇 uA 정도에 불과한 경우도 많다.

반면 정전용량방식 터치 도어 핸들 모듈은 반드시 폴링을 하거나 주기적으로 절전모드를 해제하여 잠금해제 센서의 터치 여부를 확인해야 한다. 이 때문에 정전용량방식 터치시스템의 폴링 주기는 평균 소비 전력 대비 센서의 종합적인 터치 반응도 간 균형을 맞출 수 있도록 신중하게 설계하여야 한다.

환경적 영향
PKE 도어 핸들은 운전석 옆문의 외장에 위치하기 때문에 더위와 추위, 습기 등 다양하고 혹독한 환경의 동작 조건에 노출되어 있다. 동작 요건 중 더위와 추위의 영향은 PKE LF통신이 스위치를 사용한 기계식이든 정전용량방식 터치든 동일하다. 반면 습기는 완전히 다른 문제다.

스위치로 켜는 기계적 방식의 PKE 시스템에서는 물리적으로 버튼을 눌러 LF통신을 시작한다. 기계식 버튼은 주변 환경과 접촉하지 않도록 모듈을 실링(sealing)하기 때문에 수분이 가해져도 직접적인 영향을 받지 않으며 습하든 건조하든 동일하게 동작하는 반면, 정전용량방식 터치의 도어 핸들은 그렇지 않다.

터치센서는 정전 용량의 미세한 변동까지도 모니터링하기 때문에 사람이 손으로 만지든 빗방울이 닿든 정전 용량이 변동되면 이를 모두 터치로 해석할 가능성이 존재한다. 터치를 잘못 감지하게 되면 LF통신 시퀀스가 시작되고, 이로 인해 차량 내 평균 소비 전력이 상승한다.

이런 상태에서 장시간 동작하게 두면 배터리가 방전되는 결과로 이어질 수 있다. 바로 이러한 이유로 수분에 인한 오감지가 발생하지 않도록 정전용량방식 터치의 PKE 도어 핸들 모듈을 강화하는 데 주의를 기울여야 한다.

터치와 관련하여 내습성(Moisture Immunity)은 정전용량방식 센싱 도어 핸들 모듈의 요건 중에서 유일하게 가장 까다로운 동작요건이다. 응답시간, 소비전력 등 모든 다른 요건은 적절한 마이크로컨트롤러를 선택하고 시스템 아키텍처를 올바르게 구성하여 충족시킬 수 있다.

신뢰성
PKE 시스템은 높은 수준의 신뢰도가 반드시 필요하고, 어떤 상황에서든 잠긴 차문을 열 수 없는 일이 발생해서는 안 된다. 응답 시간 지연이든 기계식 스위치의 결함으로 인한 돌발 고장(Catastrophic Failure)이나 잠금 해제 실패는 용인될 수 없다.

신뢰성이 결여된 시스템은 운전자에게 골칫거리로 인식되며 최악의 경우 돌발적인 고장으로 인해 잠긴 문을 열지 못해 차를 운전할 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 2개의 상황 모두 무슨 일이 있어도 반드시 피해야 한다.

기계식 스위치는 시간이 지나면서 마모될 수 있으며 실제로 마모된다. 반면 정전용량방식 터치 센서는 보통 인쇄회로기판(PCB) 내 구리 트랙으로 구현되기 때문에 마모되지 않는다. 그러나 정전용량방식 터치센서는 수분에 매우 민감하기 때문에 수분을 터치로 오인하여 활성화되지 않도록 설계를 강화해야 한다.

글 : 다리우스 뤼달(Darius Rydahl) / 애플리케이션 엔지니어 / 마이크로칩