지난 주 여러 회원님의 질문이 있으셨다고 해서 단순한 제품에 의한 이해보다는 'CCTV 시스템'의 입장에서 저희 TPX-1000 시리즈와 TPX-2000 시리즈에 대한 진단을 해 봅니다. 이 글을 읽으시는 회원님들께서는 Balun과 관련해서 세부 의견에 다른 의견이 있을 수 있겠습니다만 여러 회원님들의 이해를 돕기 위해 그러실 경우 댓글로 기탄없이 질문해주세요^^.... 문제는 글이 엄청나게 길어서 읽다가 지치시는 분들이 나오지 않으시길...ㅋㅋㅋ
1. 시스템적 해석의 정의 : CCTV를 구성하는데 있어 해당 장비만의 이해를 돕기 위한 시각이 아닌 전체 CCTV 시스템을 구축한 후 운영까지를 감안한 해석으로 본 글을 이해해 주십시오.
2. Balun을 이용한 영상 시스템의 특징 : 두서없이 Balun 시스템에 있어 상세설명을 해 봅니다.
가. Balun 장치는 CCTV 신호전송에 있어 LAN용 UTP, STP 또는 전화선로인 CPEV 등을 아날로그 CCTV 영상전송 선로로 사용할 수 있도록 해 준다. 나. 호명된 선로들은 모두 두 가닥이 꼬여있고(TPC : Twisted Pair Cable ; 쌍꼰선) 직경이 0.5, 0.65mm 내외의 가느다란 구리선이며, 평형신호(Balanced Signal) 전송선로이다. 다. 호명된 UTP, STP, CPEV 선로는 LAN(근거리 통신망)과 전화용도 외에 인터폰, CCTV, 방송 등의 신호처리를 함께 하는데 있어 국내외 규정문제는 발생하지 않는다. 라. 특히 UTP, STP등 LAN선의 경우 건설사를 중심으로 25P, 50P, 100P, 200P등의 다대화 케이블을 이용해 통합배선용으로 많이 사용한다. 마. CCTV 설비에 있어 기존 SD급 신호전송에 있어 동축케이블을 대체한 TPC 전송은 최근 10여 년간 널리 그리고 보편적으로 사용되어 왔다. 바. 전체 시공비용 절감에 있어 건설부문에 VE(Value Evolution : 기존의 공법대비 성능은 떨어지지 않으며 가격은 절감되는 분야에 대한 인정)로 각광을 받았다. 사. TPC는 과거에도, 지금도, 앞으로도 현존하는 아날로그 영상신호 전송에 있어 거리대비 가장 저렴한 비용으로 CCTV 전송망을 구현할 수 있다. 아. 전송장치는 수동소자인 코일로 제작된 Passive Balun과 능동소자인 IC로 제작된 Active Balun이 있다. 자. 전송원리는 75오옴의 임피던스를 가지는 불평형신호(Unbalanced Signal)로 출력되는 영상신호를 100오옴의 임피던스를 가지는 평형신호로 변환시켜 전송해 주는 임피던스 결합장치로 설명할 수 있다. 차. Passive Balun은 종래의 SD급 신호는 물론 최근 들어 폭발적으로 증가하는 AHD, TVI, CVI 등 HD신호에 대해 무난하게 전송할 수 있으나, Active Balun은 전자회로와 TPC가 처리가능한 주파수의 한계로 이전의 SD급 전송거리를 대체할 수 없다. 카. CCTV 카메라의 화소수가 많아지면 즉, 전송 주파수가 높아지면 높아질수록 전송거리는 감소하는 특성을 가지고 있다. 이는 TPC의 전송특성과 Balun의 손실 때문이다.
3. Passive Balun 부품에 대해 보다 자세히 알아봅니다.
가. 주요 핵심 전자부품은 코일이다. 코일은 거의 모두 간단한 기계와 사람에 의해 제작되는 특성상 대다수 인건비가 저렴한 중국에서 직접생산 또는 위탁생산을 한다. 나. Balun Coil은 UHF, VHF 안테나의 임피던스 정합에 아주 많이 사용하고 상대적으로 주파수가 높을수록 인덕턴스(Inductance : 코일의 값, 단위는 H(헨리))가 낮다. 다. 단순한 기계 또는 사람에 의해 코일을 제작하는 관계로, 통상적인 전자부품의 오차(1~5%)보다 훨씬 높은 오차특성(Max ±40%)을 가진다.
4. 트위스트 페어 케이블(TPC)의 전력전송에 대해 알아봅니다.
가. Cat 5, 5e, 6는 가장 널리 쓰는 UTP, STP이고, 내화등급, 옥내/옥외용, 산업용, 수중용, 단심/연심 등등 다양한 종류로 제작되어 판매된다. 나. 외견상 1개의 케이블 내에 4Pair가 있는 것이 가장 널리 사용되나, 2P 케이블도 판매되며, 다대화된 25P, 50P, 100P, 200P, 400P의 케이블이 사용되기도 한다. 다. 0.5mm의 구리(Cu)로 제작되는 케이블 두 가닥(1Pair)은 1Km에 약 180오옴의 저항치를 가진다. 라. 국제적인 합의체인 IEC11801기준에 의하면 두 가닥의 TPC를 통해 전달할 수 있는 최대 공급전압은 DC 80V, 최대 공급전류는 1A, 최대 전력전송은 15W(또는 15.4W ; POE기준)이하이다. 마. 신호전송에 따른 특성 임피던스(Z)는 100오옴이다. (동축은 50오옴 또는 75오옴) 바. 카메라용 전력전송을 위해 고려해야 할 사항은 100미터에 18오옴 정도의 높은 전선저항치이다. 사. 300m 이상의 장거리 CCTV 카메라는 4P UTP를 포설한 후, 1P는 영상전송을 위해 사용하고 나머지 3P는 묶어서 전력전송용으로 사용하면 충분히 장거리 CCTV로 쓸 수 있다. 아. 100~200m 이내의 근거리 CCTV 카메라는 4P UTP를 포설한 후, 카메라마다 2P를 할당하여 2대의 카메라를 운영할 수 있으므로 다른 어떠한 종류의 케이블보다 선로비용 절감이 용이하다. 자. 100m이하의 단거리 CCTV 카메라는 1P를 전력공급용으로 사용하고 나머지 3P는 영상전송용으로 사용할 수도 있다. 차. 위 사, 아, 자항은 ㈜시스매니아의 TPX-2000 시리즈의 전원장치를 사용했을 경우에만 가능하다. 세부적으로 다시 말하면 DC48V의 높은 전압을 보내어 IDDC(Isolated DC to DC Convertor)를 통해 DC12V의 정전압을 공급할 경우에만 가능하며 그 외에는 노이즈로부터 자유로울 수 없다. 카. 일반 시공방법으로 UTP 4P로 4개의 영상신호를 전송할 수 있다. 이는 그 이상의 다대화된 25P, 50P, 100P, 200P, 400P의 UTP 케이블로 통합배선을 통해 영상을 전송해도 무방하나, 전원문제로 인한 노이즈가 발생될 우려가 높으므로 권고하지 않는다. 타. 시중에 판매되는 중간박스 형태의 전원 공급 장치는 공통모드(Common Mode Noise)노이즈 때문에 사용을 권고하지 않는다. 단, 카메라의 전원 공급기를 IDDC 방식으로 사용했을 경우에는 예외이다. 파. ㈜시스매니아에서 판매되는 TPX-2000 시리즈의 카메라 전원공급기는 모두 IDDC를 적용하였다.
5. ㈜시스매니아가 판매하는 TPX-1000 시리즈와 TPX-2000 시리즈의 차이점을 알아봅니다.
가. 고정형 CCTV 카메라는 돔형, 뷸렛형, 박스형, IR 일체형 등등이 있으며 기종이나 생김새와는 관계없이 반드시 (1)전원공급과 (2)영상전송, 두 가지의 여건을 충족시켜야 한다. 나. TPX-1000, 2000시리즈는 SD, CVI, TVI, AHD 등의 아날로그 CCTV 카메라를 위한 장치로, 1000시리즈는 오직 “영상전송”만을 위한 장치로 제작되었으며 2000시리즈는 “전원+영상전송”을 목적으로 제작된 것이다. 다. TPX-1000, 2000시리즈는 각 신호별 영상전송 특성은 비슷하며 전송거리가 멀어질수록 아날로그 신호의 특성상 떨어진다. 라. SD, CVI, TVI, AHD신호는 각각의 기준 주파수가 상이한 관계로 정확한 전송거리는 실험여건에 따라 각각 틀리므로 정량적 수치를 제시하는 것은 불합리하다. 단, SD>CVI>AHD>TVI순으로 멀리 전송이 되는 것을 확인하였다. 마. 계측기에 의한 CVI 1.3M Pixel 카메라 전송실험을 했을 때 300미터가 최적이라고 보여지며, 400미터 이상의 전송거리에서는 칼라신호의 감쇄가 급격히 나타난다.
6. TPX-1000 시리즈와 TPX-2000 시리즈의 공통점을 알아봅니다.
가. TPT, TPR, TPM, TPP, TPJ, TPS라는 이니셜로 각 제품명은 시작이 되며 상세한 내용은 아래와 같다. (1) TPT (Twisted Pair Transmitter/Transceiver) : 트위스트 페어 케이블을 사용하는 송신기/전송기)라는 뜻으로 모두 카메라 쪽에 부착하는 장치이다. (2) TPR (Twisted Pair Receiver) : 트위스트 페어 케이블을 사용하는 수신기라는 뜻으로 모두 녹화기 쪽에 부착하며 단채널로 구성되는 특징의 장치이다. (3) TPM (Twisted Pair Module) : 트위스트 페어 케이블을 사용하는 모듈로써, 19인치 EIA 표준 랙에 장착하는 구조의 수신기 또는 송신기이다. (4) TPP (Twisted Pair Power-supply) : 가느다란 트위스트 페어 케이블로 장거리에 전원을 안정되게 공급하는 IDDC가 내장된 DC48V to DC12V 안정화 장치이다. (5) TPJ(Twisted Pair Junction-box) : 25Pair 이상의 다대화 케이블을 사용하여 다수의 CCTV 카메라에서 오는 2P 또는 4P 케이블을 접속하는 장치(예 ; 25P케이블 접속박스의 모델명 - TPJ-25A)이다. 용도에 따라 전원공급기가 내장된 경우(TPJ-25P)도 있다. (6) TPS (Twisted Pair Sub-rack) : 국제규격인 EIA 19인치 표준 규격의 랙으로 제작된 다채널 수신반으로 TPM을 DVR 채널에 맞도록 1~8개, 또는 1~16개를 탑재할 수 있다. 나. 1000시리즈와 2000시리즈는 혼용하여 설계를 하시거나 사용하셔도 무방합니다. 다. TPT-1100VHD는 코일의 특성을 좀 더 고주파에 적합하도록 제작되었으며 기구적으로 서로서로 레고 블록처럼 끼우게 제작하여 설치에 보다 편리하도록 제작된 것입니다. 또 TPT-1000과 같이 혼용하거나 대용으로 사용하셔도 무방합니다. 라. 시스템 설계에 있어 Balun을 사용하시면 낙뢰나 서지로부터 카메라 및 녹화기 등은 상당히 보호됩니다. 이는 과도현상을 유발하는 코일이 주 소재인 관계로 순간적으로 들어오는 서지전압의 유입을 차단하는 효과가 있기 때문입니다. 마. 카메라와 녹화기간 노이즈를 발생시키거나, 장비의 고장을 유발하는 대지전압차는 Balun이 해결해 드리지 못합니다. 이에 대한 적절한 대응방법은 ‘절연시공’을 하시는 겁니다. 바. 동축이든 UTP 전송이든 노이즈 제거는 VSI(Video Signal Isolator) 시리즈의 사용을 권합니다.
7. 결론을 간단히 유도해 봅니다.
가. TPX-1000 시리즈 : 단채널 또는 다채널용으로 제작/판매 중인 제품으로, 영상신호만을 전송하기 위한 Passive Balun입니다. 그리고 전원을 어떻게 사용하느냐에 따라 노이즈로부터 자유로울 수 없지만, 비용면에서 전원문제와 노이즈만 없다면 가장 간단하게 UTP 케이블을 적용하여 아주 유연하게 시스템을 구축할 수 있습니다.
나. TPX-2000 시리즈 : 동축케이블이나 UTP케이블을 이용한 전송에 있어 노이즈문제와 전원공급의 문제를 통합배선을 통해 모두 해결한 장비로, 실제 다채널 CCTV 시스템 구축에 있어 설계, 시공, 유지보수, 관리를 감안하여 최적화된 시스템 장비로 재탄생시킨 Passive Balun입니다.
8. 이러한 제품의 배경을 감안하셔서 제공하는 제품 소개서를 다시 한 번 읽어주시면 감사하겠습니다.
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