무선 통신의 본질이 변하고 있다. 스펙트럼 효율과 범위를 더욱 향상시키려는 끊임없는 노력 속에 안테나 수는 폭발적으로 증가했다. 휴대전화의 무선 통신 대역의 트래픽이 급증하면서 네트워크 용량(network capacity)도 늘어났지만 동시에 간섭도 증가했다.
그로 인해 ISM 대역 애플리케이션과 무선 인터페이스 표준(air interface standards) 역시 급부상하고 있다. 드론에 사용되는 무선 비디오와 같은 어플리케이션에서조차 증가하는 간섭을 억제하고 두렵게도 드론이 ‘날아가 버리는’ 상황을 피하기 위해 향상된 RF성능을 필요로 한다. 무선 커넥티비티가 언제, 어디에서나 존재하며 매우 빠른 속도로 진화하는 것이 당연한 것으로 여겨지고 있다.
문제는 기존 IF 무선 아키텍처로는 이렇게 빠른 변화를 따라잡기 힘들다는 것이다. 디스크리트 소자와 대역별 필터의 개수로 인해 개발 시간은 길어지고, 실행 가능한 주파수 플랜을 찾기는 더욱 힘들다.
이러한 문제점들로 인해 혁신적인 범용성과 성능을 갖춘 라디오(Radio) 솔루션외에도 오늘날의 세계 시장에서 요구하는 속도로 제품을 시장에 출시할 수 있도록 돕는 개발 툴의 에코시스템 역시 필요하다.
아나로그디바이스(ADI)는 혁신적인 트랜시버 아키텍처와 최신 디지털 알고리즘 기반의 실리콘 설계 및 시스템 전문성을 활용해 고객사들이 제품의 시장 출시 기간을 단축하면서 시스템 비용도 절감하는데 관심을 갖게 하고 있다. ADI는 라디오버스(RadioVerse) 기술과 설계 에코시스템을 통해 고객사들에게 통합 트랜시버 기술과 안정적인 설계 환경, 시장 특화된 기술 전문성을 제공해 라디오 설계의 개념 확립에서부터 실제 제품 생산까지의 과정이 빠르게 진행될 수 있도록 돕는다.
라디오버스 기술과 설계 에코시스템의 중심에는 혁신적인 성능을 갖춘 제로 IF(ZIF) 트랜시버 기술이 있다. ZIF 수신기에서 원하는 RF 신호 또는 대역은 기저대역으로 직접 다운 변환된다. 마찬가지로 송신기에서 디지털 기저대역 신호는 RF로 직접 변환된다. 이로 인한 이점은 분명하다.
- PCB상에 대역별 IF 필터가 제거된다. 대신에, 무어의 법칙의 혜택을 받는 높은 동적 범위의 온칩 ADC와 디지털 필터가 각 어플리케이션용 소프트웨어에 최적의 상태로 설정된다.
- ADC, DAC 및 디지털을 가급적 가장 낮은 속도로 클로킹하면 전력 소모를 가급적 최소화할 수 있다.
- 대역을 벗어나 발생하는 이미지, N x M 믹싱 제품, 또는 RF 필터 제거 요건을 늘리는 앨리어스(alias)처럼 대역을 벗어나 발생하는 손상은 발생하지 않는다.
- ZIF는 대부분의 신호 처리가 기저대역에서 이루어지기 때문에 대역폭 민첩성(bandwidth agility) 외에도 RF 민첩성을 극대화시킨다.
이러한 이유로 ZIF는 휴대폰 단말기와 와이파이 등 컨슈머 애플리케이션에서 가장 많이 사용되는 라디오 아키텍처다. ADI의 트랜시버를 사용하면 이 기술이 더 넓은 대역폭과 동적 범위를 요구하는 애플리케이션에 사용될 수 있다. ‘디지털의 지원을 받는 아날로그(digitally-assisted analog)’가 많이 사용되면 이미지와 같은 대역 내 손상이 70dB 이상 억제된다.
ADI의 광대역 트랜시버 제품군에 가장 최근 추가된 제품은 AD9371이다. 이 광대역 트랜시버는 100㎒ 신호 대역폭으로 300㎒~6㎓를 지원한다. AD9371은 고집적 RF 고속 트랜시버(RF agile transceiver)로 듀얼 채널 송신기 및 수신기와 디지털 전치 왜곡(DPD, digital predistortion) 및 전력 제어를 위한 2개의 입력 관측 수신기, 통합 합성기, 디지털 신호 처리 기능을 제공한다(그림1 참조).
IC는 높은 성능과 낮은 전력 소비를 다용도로 조합해 제공하며 반이중 및 전이중(half and full duplex) 방식의 불연속 다중반송수(multicarrier) 애플리케이션 모두에서 동작할 수 있다. 그 이전 제품인 AD9361 56㎒ RF 트랜시버와 마찬가지로 이 제품군은 소형 무선전화, 무선 프로 오디오 및 비디오, LTE 매크로 기지국, 휴대용 신호 분석기, 휴대용 및 차량 라디오 등 광범위한 애플리케이션에 사용된다.
LO와 고속 컨버터 클록을 통합함에 따라 낮은 주파수 레퍼런스 클록만 필요해지고 이로 인해 시스템 클록 생성 및 분배를 간소화할 수 있다. 모놀리식 집적(Monolithic integration)으로 전력 레일이 거의 없어도 트랜시버의 IC에 전력을 공급할 수 있다.
일반적인 구성에는 세 가지 전원 공급 옵션(1.2V, 1.8V, 2.5V)만이 요구된다. 추가 전원 공급 장치를 제거하면 시스템 비용과 크기를 줄일 수 있고 PCB 전력판 비동조화 설계(PCB power plane decoupling design)를 간소화시킬 수 있다. ADI 트랜시버는 극도로 낮은 전력 소모로 열관리를 용이하게 하므로 히트 싱크(heat sinking)나 기타 열 관리 기법을 사용할 필요가 없어져 제품 크기와 개발 비용을 더욱 줄일 수 있다.
[그림2]는 AD9371 수신기의 성능을 보여준다. 이때 사용된 신호는 LO보다 5㎒ 아래인 -15dB FS(full scale) CW 입력과 LO보다 40㎒ 위, 즉 2.6㎓인 -10dB FS(rms), 5㎒ 광LTE 반송파다. 최신 광대역 쿼드러처 오류 보정(quadrature error correction, QEC)을 위한 알고리즘은 더 넓은 전체 광대역에서 오류를 동시에 제거함으로써 온도 범위에서 거의 80dB 신호를 제거한다.
[그림3]은 송신기의 선형성 성능을 보여준다. 40dBm 총 반송파 전력, 2.6㎓, 20㎒ LTE 파형을 가진 60dBc 인접 채널의 신호 제거보다 성능이 뛰어나다. AD9371 송신기에는 +40dBm 출력을 제공하는 전력 증폭기가 연결되며 체인은 송신기의 통합 관측 수신기와 DPD 알고리즘을 사용해 선형화된다.
ADI의 라디오버스 기술과 설계 에코시스템을 통해 제품의 시장 출시시기를 앞당길 수 있다 (그림4 참조). AD9371 같은 제품은 어쩔 수 없이 복잡할 수밖에 없지만 ADI의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 사용하면 복잡한 레지스터 작성 시퀀스를 하나의 고수준 명령어로 대체할 수 있어 소프트웨어 통합이 간소해진다.
라디오버스에는 평가 키트, 개발 그래픽 사용자 인터페이스(GUI), 시뮬레이션 모델, 레퍼런스 설계, 동급 최강의 파트너십, 특정 애플리케이션 관련 기술 콘텐츠, ADI의 온라인 기술 커뮤니티인 엔지니어존(EngineerZone) 접근권 등이 포함된다.
에코시스템은 이미 준비돼 있으며 성장하고 있다. 이를 통해 엔지니어들은 ADI의 트랜시버 기술이 가지는 역량을 충분히 활용할 수 있다.
글 : 토니 몬탤보(Tony Montalvo)/니틴 샤르마(Nitin Sharma)
자료제공 : 아나로그디바이스
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