고속, 고성능 디지타이저 보드 시스템의 구성과 응용
자료제공 : 주식회사 티에스코퍼레이션
지난 9월호 System Technology에서는 고속, 고성능 디지타이저 보드란 무엇이며 선정 시 고려해야 할 점에 대해 다루었다. 이번 10월호에는 이러한 보드를 사용하여 시스템을 개발할 경우 어떻게 구성을 해야 하는지 예제와 실제 어떠한 애플리케이션에서 사용이 되고 있는지에 대해 알아보고자 한다.
이 글에서는 실제로 일본의 디지타이저 보드 메이커인 Avaldata사의 제품이 채용된 애플리케이션들에 대해 소개한다.
시스템 구성 샘플 (Avaldata의 APX-5040모델)
그림 1은 저속 XY스테이지를 제어하면서 대상물을 관측하는 시스템의 구성요소를 도식화한 모습이다.
대상물체의 상태를 검출기에서 전기신호로(그림 2 참고) 변환하여 고속으로 AD변환을 하는 것을 모니터링 하며, FPGA에서 FFT처리를 함으로써 고주파 해석도 가능하다.
의료기기 애플리케이션 (Avaldata의 APX-5040 모델)
그림 3은 안과에서 사용되는 의료기기인 OCT(Optical coherence tomography)장비에 적용된 사례를 설명한 것으로 광 간섭성을 이용하여 비 접촉, 비 파괴로 단층영상을 촬영하는 기술이다.
광 간섭성을 이용하는 애플리케이션이므로 시스템 내부에 광원이 존재하여, 이 광원의 고속화에 따라 100㎒~1㎓의 샘플링 속도를 가진 디지타이저 보드가 요구된다.
OCT에서는 스캔용으로 참조 미러를 사용하는 경우가 많으며 Avaldata에서는 이러한 요구에 대응하고자 대부분의 디지타이저보드에 아날로그 출력 기능을 표준으로 탑재하고 있다.
계측기기 어플리케이션 (Avaldata의 APX-5200 모델)
그림 4는 3차원 라이더(3D LiDAR) 에 적용된 사례로 레이저로 광범위하게 주사된 펄스를 이미지 센서로 수광하여 광 주사부에서부터 수광부까지의 시간을 측정하여 거리를 산출 하고 지형 및 물체의 형상, 크기 및 위치를 3D로 표현할 수 있다.
그림 5는 신체의 반응 및 동작을 측정하는 애플리케이션에 적용한 사례로 스포츠에서의 운동역학의 해석 및 사람의 움직임을 영화 및 영상 매체의 캐릭터 동작에 반영하는 등의 방식으로 이용되고 있다.
3차원 계측기
그림 6은 일본의 3차원 측정기기 제조사인 주식회사 히카리콤에서 개발한 레이저로 측정하는 비접촉식 3차원 형상 측정 장치이다.
Opto comb간섭법을 이용하여 측정 대상물의 표면 입체 형상을 미크론 단위의 정밀도로 고속계측을 하는 방식이며, 약 30㎜×30㎜의 FOV를 깊이 방향으로 정밀도 1㎛, 계측시간 2.5초의 고속 계측이 가능하다.
원거리 계측으로는 78m 떨어진 물체를 5㎛의 정밀도로 측정을 할 수 있다. Avaldata사의 디지타이저 보드가 장착된 이 제품은 FPGA로 고속처리를 실행하고 있다.
향후 전망
위에서 소개한 것과 같이 OCT, 계측기기뿐만 아니라 높은 분해능 또는 고속 처리가 요구되는 형상측정, 비파괴검사와 무선 등의 애플리케이션에 적용된 사례가 많이 있으며 앞으로도 높은 정밀도와 고속 처리가 요구되는 High-end 애플리케이션에 검토가 될 것으로 기대된다.
Avaldata사 에서는 좀더 광범위한 산업분야에서 고속 디지타이저 보드가 검토될 수 있도록 고속, 장거리 전송이 가능한 광 전송 모듈을 융합한 디지타이저 보드를 출시하고 있으며, 지속적인 발전과 성장이 예상되는 IoT를 고려하여 GigE 및 USB와 같은 범용 인터페이스를 가지고 ARM Processor을 탑재한 제품을 개발하고 있다.
또한 AI 및 딥러닝의 에지 컴퓨팅이 될 제품군을 검토하고 있어 다양하고 새로운 분야에서 검토되고 사용 될 것으로 예상된다.
