배터리 탑재형 제품의 자기저항(MR) 센서 분야에서 큰 변화가 일어나고 있다. 그동안 설계 엔지니어들은 가정용 및 산업용 기기, 컴퓨터, 핸드폰, 전동공구 등 다양한 제품에 적용되는 센서 분야에서 대부분 리드스위치를 사용해 왔지만, 이보다 더욱 진보된 기술의 MR센서가 등장하면서 MR 센서에 대한 관심이 증폭되고 있다.

최근 초절전ㆍ고효율의 MR 센서를 개발, 엔지니어들에게 소개하고 있는 하니웰의 S&C(Sensing and Control)사업부 수석 마케팅 매니저인 조쉬 에드버그(Josh Edberg)는 배터리식 가전기기에서 기존 리드스위치(Reed Switch)를 MR센서로 교체 해야 하는 이유로 4가지 근거를 제시, 관심을 받고 있다. 기계식 리드스위치에 비해 MR센서는 ▲높은 감도 ▲저전력소비 ▲작은 크기 ▲솔리드 스테이트 스위칭 등 4가지 이유로 장점을 들고 있다.

첫째, 배터리식 장비는 높은 감도를 필요로 한다.

고감도 자기 센서는 제조사들이 더욱 작거나 더욱 강력한 자석을 사용할 수 있게 하여, 비용 절감 및 소형 설계를 가능하게 했다. 이는 희토류 자석의 가격이 상당히 높아짐에 따라 지난 몇 년간 큰 이슈가 되어왔다. 또 다른 장점은 더욱 넓은 공극으로 설계자들이 센서를 자석에서 더욱 멀리 떨어뜨리면서도 안정성을 유지할 수 있게 함으로써 뛰어난 설계 유연성을 제공한다는 것이다. MR센서는 홀 이펙트 센서처럼 고체 상태의 자기 센서이다. 이 두 가지 센서의 차이점은 홀 이펙트 센서처럼 수직이 아닌, 센싱 물체와 평행방향으로 자기 감지가 이루어지며, 이는 일반적으로 감도가 더욱 뛰어나다고 알려져 있다.

둘째, 배터리식 장비는 극도의 낮은 전력 소모를 필요로 한다.

배터리식 기기에 사용되는 리드스위치의 주요 장점 중 하나는 작동을 위한 전력이 필요하지 않다는 점이다. 이러한 기술은 배터리식 장비에서 매우 이상적이다. 2000년대 초까지 자기 센서는 모두 밀리암페어 범위의 전력을 사용, 어떠한 저전력 소비 적용 분야에서도 고려 대상이 아니었다. 이때 전기 엔지니어들이 CMOS 기술을 사용하기 시작하면서 자기 센서 설계자들이 기기 내에 내부 시계를 추가하여 휴면/활성 모드를 통해 센서의 전력 소비량을 낮출 수 있게 되었다.

셋째, 크기 또한 중요한 이슈이다.

리드스위치의 상대적으로 큰 크기는 제품 소형화에 있어 어려움을 초래한다. 리드스위치와 동일한 감도를 제공하는 신형 자기저항센서를 비교했을 때, 리드스위치는 2.9 mm x 2.8 mm x 1.45 mm 크기로 SOT-23 패키지보다 훨씬 크다. 상대적으로 작은 사이즈의 자기저항센서는 소형화 트렌드를 지속할 수 있게 하며 비용 절감 및 새로운 응용 분야를 개발할 수 있는 기회를 제공한다.

넷째, 리드스위치는 여러 단점을 내재하고 있다.

리드스위치는 여러 단점을 내재하고 있는데, 이는 “접촉부 바운스”로 인한 문제뿐만 아니라 설치 시 충격 또는 진동이 발생하는 기기에 사용되었을 때 파손될 가능성이 있으며, 스위치의 기계적 특성으로 인한 낮은 견고성과 한정된 수명 등을 포함하고 있다. 리드스위치 사용자에게 있어 안정성과 내구성은 큰 장애물이 되고 있다.

리드스위치의 리드(lead)가 회로로 용접될 경우, 구부러지고 스위치의 유리 잠금 장치에 금이 가게 돼, 스위치를 무용지물로 만들 수 있다. 사실 이러한 경우처럼 제품 상에 상당한 파손 위험이 있기에 리드스위치 제조사들은 이러한 파손을 줄이기 위해 매우 상세한 설치 지침을 제공하는 경우가 자주 발생한다. 해결책 중 한 가지 방법은 리드스위치를 플라스틱 케이스에 넣는 것이지만 이는 스위치의 비용과 크기를 증가시킨다.

리드스위치는 또한 충격과 진동에 영향을 받고 이는 스위치의 접촉부를 분리시켜 해당 부품의 안정성을 저해하게 된다. 기계식 리드스위치는 시간에 따라 마모되게 된다. 이에, 휴대폰 설계 엔지니어들은 처음으로 홀 이펙트 센서를 도입하기 시작하였다. 자기 센서는 움직이는 부품이 없는 솔리드 스테이드 방식이기 때문에 시간이 지나도 마모되지 않는다. 또한 자기 센서는 유리 튜브 또는 잠금장치를 사용하는 리드스위치와는 달리 플라스틱 재질의 패키지로 제공된다.

조쉬 에드버그 수석 마케팅 매니저는 “그 동안 설계 엔지니어들은 MR 센서가 개발되기 전까지 기계식 리드스위치를 사용해 왔는데, 이는 낮은 전력 소비와 높은 감도, 저비용의 이점을 제공하여 별다른 대안 없이 이어왔다”고 말했다. “하지만 점차 설계자들은 리드스위치가 가지는 몇 가지 주요 단점을 인식하기 시작했으며, 특히 제조 과정에서 충격 및 진동으로 인한 파손 등의 품질 문제, 기계식 스위치로서의 제한된 수명, 크기 문제, 바운스 효과(bounce effect)로 인한 안정성 문제(리드스위치 접촉부가 튕기면서 기기가 켜지고 꺼지는 현상 반복)등이 단점으로 지적돼, MR 센서의 필요성이 제기되었다”고 밝혔다.

한편, 하니웰이 새롭게 출시한 나노파워 자기저항센서 IC는 원격 감지 기기 및 작동 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기타 배터리식 제품 분야의 판세를 바꾸고 있다. 예를 들면, 휴대용 파워툴, 수도 및 가스 계량기, 산업용 화재 감지기, 운동 기구, 보안 시스템, 소형 컴퓨터 및 스캐너를 포함한 다양한 배터리식 기기에 사용될 수 있다. 또한 세척기, 전자레인지, 세탁기, 냉장고, 커피머신과 같은 백색가전 및 의료용 침대, 약물 분배 캐비닛, 주입 펌프와 같은 의료장비, 노트북, 태블릿, 무선 스피커 등과 같은 소비자용 전자 제품에 사용될 수 있다.

베타뉴스 이직 기자 (leejik@betanews.net)
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