기글 하드웨어 질문 게시판
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usb, 디스플레이포트, hdmi 모두 기본 단자와 소형단자가 존재하는데 그냥 처음부터 소형으로 표준을 정하던가 했으면 좋을텐데 왜 크게 만드는 걸까요? hdmi나 디스플레이 포트는 02년 말, 06년에 등장한 규격인데도 그렇더군요.
규격을 발표할 당시에는 중국의 공장 등 기존설비가 지금보다 좋지 않아서 핀이 작아질수록 안정적으로 대량생산하는데 비용이 더 들어가기 때문일까요? 일단 표준화를 하고 싶다면 많은 사람들이 쓸 수 있게 최대한 싸게 대량공급을 해야만 하니까요.
전에는 큼직한 사이즈에 무슨 다른 이점이 있나 싶었는데 이제 모든 단자들이 usb 타입c로 통합되는 것을 보면 그런 것도 아닌 것 같고 역시 단순히 대량생산에 따른 비용문제였을 까요? 작게 만들 수는 있지만 케이블 가격이 올라버리니까요.
하지만 처음부터 더 작은 케이블을 표준으로 정하고 대량생산을 했으면 파편화도 생기지 않아 더 나았을 것이라는 생각이 드는데 왜 그렇게 크직한 사이즈들을 표준사이즈로 정하고 출시를 한걸까요? 당시는 스마트폰처럼 소형화가 그다지 대세가 아니었던 걸가요?
미니, 마이크로usb나 라이트닝 케이블만 봐도 엄청 단순하게 생겼는데 어떤 이유가 있었는지 궁금합니다.
2016.04.26 11:35:03
조금 더 세부적으로 들어가면 코넥터 하나에도 많은 기술이 들어갑니다.
접촉에 의해 전기적 연결이 된다는 것은 필연적으로 접촉 저항 문제가 생깁니다.
접촉 면적, 접촉 압력 이 두 가지 요소에 의해 접촉 저항이 결정되는 셈인데요. 접촉 저항이 크면 접촉면의 발열과 전력 낭비가 무시하지 못 할 수준이 됩니다. 특히 전력 전달에 쓰는 경우라면 더더욱 그렇고요.
또한 접점들 사이에 용량 성분이 존재하게 됩니다. 앞서 말한 접촉 저항과 아울러 코넥터가 일종의 R-C 필터가 되어버리죠. 고속 데이터 전송의 경우 케이블만이 아니라 코넥터도 정밀하게 고주파 해석, 설계를 해야 한다는 얘기. 특히 접촉 저항이 갈수록 증가한다는 것은 시간이 지남에 따라 이 R-C 필터의 특성이 달라진다는 문제까지 발생함.
코넥터 내부 핀의 모양에 따라 코일 성분까지 형성됩니다. R-C 가 아니라 R-L-C 필터..
접점 표면 도금 상태도 역시 문제가 됩니다. 자주 뺐다 끼웠다 할 경우 접점 표면 도금이 손상되서 접촉 저항이 늘어나는 문제가 생기죠. 심하면 전력 전달용 핀 부분에서 발화가 일어날 수도 있게 됩니다. 물론 사용 환경도 문제가 되고요.
접점은 핀의 압력에 의해 접촉이 이뤄지는데, 시간이 지나면서 뺐다 끼웠다 반복하면서 이 압력이 줄어들게 됩니다. 스프링도 결국은 느슨해질때가 오니까요. 압력이 줄어드니 접촉 저항이 늘어나게 됩니다.
핀을 만드는 재질이 문제. 자주 뺐다 끼웠다 해도 핀의 압력이 설계 목표 범위가 되도록 해야 하고, 설계 목표 수명을 달성해야 함.
옛날에 코넥터를 작게 만들지 못 했던 것은 당시 필요가 없기도 했지만, 당시 기술로는 적당한 가격으로는 못 만든 것이기도 하죠.
접촉에 의해 전기적 연결이 된다는 것은 필연적으로 접촉 저항 문제가 생깁니다.
접촉 면적, 접촉 압력 이 두 가지 요소에 의해 접촉 저항이 결정되는 셈인데요. 접촉 저항이 크면 접촉면의 발열과 전력 낭비가 무시하지 못 할 수준이 됩니다. 특히 전력 전달에 쓰는 경우라면 더더욱 그렇고요.
또한 접점들 사이에 용량 성분이 존재하게 됩니다. 앞서 말한 접촉 저항과 아울러 코넥터가 일종의 R-C 필터가 되어버리죠. 고속 데이터 전송의 경우 케이블만이 아니라 코넥터도 정밀하게 고주파 해석, 설계를 해야 한다는 얘기. 특히 접촉 저항이 갈수록 증가한다는 것은 시간이 지남에 따라 이 R-C 필터의 특성이 달라진다는 문제까지 발생함.
코넥터 내부 핀의 모양에 따라 코일 성분까지 형성됩니다. R-C 가 아니라 R-L-C 필터..
접점 표면 도금 상태도 역시 문제가 됩니다. 자주 뺐다 끼웠다 할 경우 접점 표면 도금이 손상되서 접촉 저항이 늘어나는 문제가 생기죠. 심하면 전력 전달용 핀 부분에서 발화가 일어날 수도 있게 됩니다. 물론 사용 환경도 문제가 되고요.
접점은 핀의 압력에 의해 접촉이 이뤄지는데, 시간이 지나면서 뺐다 끼웠다 반복하면서 이 압력이 줄어들게 됩니다. 스프링도 결국은 느슨해질때가 오니까요. 압력이 줄어드니 접촉 저항이 늘어나게 됩니다.
핀을 만드는 재질이 문제. 자주 뺐다 끼웠다 해도 핀의 압력이 설계 목표 범위가 되도록 해야 하고, 설계 목표 수명을 달성해야 함.
옛날에 코넥터를 작게 만들지 못 했던 것은 당시 필요가 없기도 했지만, 당시 기술로는 적당한 가격으로는 못 만든 것이기도 하죠.
2016.04.27 21:24:37
답변 감사합니다. 접촉 면적과 압력이 줄어들수록 접촉 저항이 커진다는 건 처음 알았습니다. 접촉 저항을 줄이려면 소켓과 케이블의 접촉면이 모두 낭비없이 동일해야 저항이 줄어들고(얇은 핀은 얇은핀끼리, 두꺼운 핀은 두꺼운 핀끼리), 툭 튀어나와 있는 핀의 경우는 항상 설계치 이상의 접촉면적을 유지할 수 있는 접촉 압력을 유지해야 된다는 거군요. 그리고 소형화 하지 않은 이유니 설계 목표 달성을 위한 가성비가 문제였고요.
개인적으로 현대의 금형?기술이 이미 완숙한 수준에 이르러서 소형화시킨 만큼 재료값을 아끼는 게 더 이익이지 않을까 라는 생각을 했습니다. 그래서 질문글을 올린건데 생각 외로 기술이 계속 발달 중인가 보네요. 조금 놀랬습니다.
개인적으로 현대의 금형?기술이 이미 완숙한 수준에 이르러서 소형화시킨 만큼 재료값을 아끼는 게 더 이익이지 않을까 라는 생각을 했습니다. 그래서 질문글을 올린건데 생각 외로 기술이 계속 발달 중인가 보네요. 조금 놀랬습니다.
2016.04.28 05:23:45
재료 공학은 계속 발달중이지요.
접점은 결국 스프링인데, 아주 미세한 움직임으로도 압력이 발생해주고 몇 만번 탈착해도 압력 유지하는 재질을 균일하게 만들기.
고주파 관련도 역시 계속 발달중입니다. 옛날엔 몇 GHz 대역이었는데, 지금은 10, 100 GHz.. 식으로요.
이렇게 고주파가 될수록 접점 핀의 미세한 형상 차이는 물론이고 심지어 핀의 표면 상태도 신호 대역 통과 특성이 달라지는 원인이 될수도 있거든요.
현재는 아직 이 단계가 아니지만 파장이 극히 짧아지면 핀 자체가 안테나로 동작해버릴 수도 있게 됩니다.
1 GHz 면 파장 30 cm, 단순한 안테나인 경우 길이 7.5 cm 필요. ( 설계에 따라 1.5 cm 수준으로 안테나 크기를 줄일 수 있음 )
10 GHz 면 파장 3 cm, 차폐 처리 되지 않은 도선(+핀) 길이가 7.5 mm 이상이 되면 충분히 안테나로 동작함. ( 핀 형태에 따라서는 더 짧아도 안테나로 동작 가능 )
100 GHz 면 파장 3 mm, 길이 0.75 mm 이상인 도선(+핀) 이면 충분히 안테나로 동작.
고주파로 가면 갈수록 여러가지 이유로 핀의 크기를 줄여나가야 하는거죠. 주파수가 10 배 높아진다면 코넥타 핀도 10 배 작아져야 한다 뭐 그런 식으로 볼 수도 있겠네요.
사실 표준 사이즈 USB 코넥터는 5/10 Gbps 속도 전송용으로는 꽤 큰 편에 속하는거죠.
이런 이유들로 인해 갈수록 줄여나가야 하는 것이고, 어떻게든 줄인 것이 메인스트림이 되면 대량생산하는 것이니 기술적으로 발달을 더 하지 못 했어도 코스트 절감이 가능해지는 측면도 있습니다.
LGA 소켓이 아주 적절한 사례겠네요. 천개를 넘는 핀을 가진 소켓들은 무척이나 비쌉니다. 수십만원을 줘야죠.
그런데 PC 메인보드에 박히는 LGA 소켓은 몇 천원 수준이죠. 대량 생산을 하니까 가능한 얘기.
접점은 결국 스프링인데, 아주 미세한 움직임으로도 압력이 발생해주고 몇 만번 탈착해도 압력 유지하는 재질을 균일하게 만들기.
고주파 관련도 역시 계속 발달중입니다. 옛날엔 몇 GHz 대역이었는데, 지금은 10, 100 GHz.. 식으로요.
이렇게 고주파가 될수록 접점 핀의 미세한 형상 차이는 물론이고 심지어 핀의 표면 상태도 신호 대역 통과 특성이 달라지는 원인이 될수도 있거든요.
현재는 아직 이 단계가 아니지만 파장이 극히 짧아지면 핀 자체가 안테나로 동작해버릴 수도 있게 됩니다.
1 GHz 면 파장 30 cm, 단순한 안테나인 경우 길이 7.5 cm 필요. ( 설계에 따라 1.5 cm 수준으로 안테나 크기를 줄일 수 있음 )
10 GHz 면 파장 3 cm, 차폐 처리 되지 않은 도선(+핀) 길이가 7.5 mm 이상이 되면 충분히 안테나로 동작함. ( 핀 형태에 따라서는 더 짧아도 안테나로 동작 가능 )
100 GHz 면 파장 3 mm, 길이 0.75 mm 이상인 도선(+핀) 이면 충분히 안테나로 동작.
고주파로 가면 갈수록 여러가지 이유로 핀의 크기를 줄여나가야 하는거죠. 주파수가 10 배 높아진다면 코넥타 핀도 10 배 작아져야 한다 뭐 그런 식으로 볼 수도 있겠네요.
사실 표준 사이즈 USB 코넥터는 5/10 Gbps 속도 전송용으로는 꽤 큰 편에 속하는거죠.
이런 이유들로 인해 갈수록 줄여나가야 하는 것이고, 어떻게든 줄인 것이 메인스트림이 되면 대량생산하는 것이니 기술적으로 발달을 더 하지 못 했어도 코스트 절감이 가능해지는 측면도 있습니다.
LGA 소켓이 아주 적절한 사례겠네요. 천개를 넘는 핀을 가진 소켓들은 무척이나 비쌉니다. 수십만원을 줘야죠.
그런데 PC 메인보드에 박히는 LGA 소켓은 몇 천원 수준이죠. 대량 생산을 하니까 가능한 얘기.
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