정확도와 속도를 높인 차세대 계측기 기술
로데슈바르츠는 계측기 특집에 맞춰 현재와 미래의 무선통신기술(Cellular and non-cellular and broadcast)을 지원하는 통신장비인 R&S CMW500와 일반 Scan 모드의 긴 측정 시간을 단축시키기 위한 FFT SCAN, 새로운 Group Delay 측정 방식(2-tone Solution)의 장비를 소개했다.
자료제공: 로데슈바르츠 / www2.rohde-schwarz.com
Just one 19" box for all technologies
R&S CMW500은 현재와 미래의 무선통신기술(Cellular and non-cellular and broadcast)를 지원하는 통신장비이다.
신기술 기반의 새로운 서비스(모바일, 인터넷, 기타)를 요구하고 있으며, 이에 대응하기 위해 T&M 장비는 광범위한 대역폭과 주파수범위, 프로세싱 파워가 고려되어야 한다. 또한 통합 멀티미디어 & 응용 플랫폼의 무선장치의 최대범위를 포용해야 하는데. 이러한 요구사항을 고려한 새로운 무선통신 T&M 장비라고 할 수 있다.
비용절감과 시험 속도 개선에 대한 꾸준한 고려를 하고 있으며 주요한 내용은 아래와 같다.
·공간활용 최소화.
·광범위한 Standard 기술 지원.
·소모전력 최소화.
·복잡해지는 무선장치의 간단한 RF연결방법 제공.
·서비스 , 교정 & 비용.
·긴급히 요구되는 기술을 빠르고 쉽게 업그레이드 가능한 옵션구조.
·Smart Alignment 및 Dual tester 기법을 이용한 Parallel 시험.
- 송신과 수신의 parallel 시험.
- 여러 무선장치의 parallel 시험.
- 단일 무선장치의 여러 기술의 parallel 시험.
- 시스템과 무선장치간 미리 정한 시퀀스로 상호 통신횟수를 줄여 속도 및 안정성 확보
그림 1. 듀얼 테스터 구조
Minimum floor space
·CMW500 장비에 두 개의 독립적 Front ends( VSG/VSA 한 쌍) 장착이 가능하다.
·두 대의 DUT가 Non-Signaling 모드에서 동시에 독립적 시험이 가능함.
·각 채널당 약 30% 비용절감 효과가 기대됨.
R&S CMW280 wideband radio communication
·RS CMW500 Compact version, 20% 저렴하다.
·기존 Concept의 단일 채널로 제한됨.
그림 2. CMW 280
Drastically reduced test costs;
R&S Multi-Evaluation transmitter measurements
·단일 샘플링 데이터로 업링크 측정이 한 번에 선택적으로 가능하여 측정 속도 향상기대.(약250%)
·동일한 샘플링 데이터의 모든 업링크 측정결과는 연관성을 가지며 이에 대한 분석이 가능하다.
·CMW의 업링크 측정은 모두 Multi Evaluation 기법을 적용한다.
그림 3. Multi Evaluation LTE TX 측정
R&S Smart Alignment concept
시스템과 무선장치 사이에 미리 정의된 시퀀스를 통해 동시에 송신/수신 캘리브레이션 또는 베리피케이션 솔루션을 의미한다. 이는 시스템간 통신횟수를 줄여 안정성과 시험시간 단축에 혁신적 방법이다.
CMW500는 시험에 요구되는 사항을 지원한다.
·GPRF analyzer/generator List mode(smart alignment calibration)
·R&S Multi-Evaluation List mode(smart alignment verification )
·IQ vers Slot( Polar Calibration).
EMI - 일반 Scan 모드의 긴 측정 시간을 단축시키기 위한 FFT SCAN
디지털 기기에서 발생하는 임펄스 잡음 측정과 테스트 시간 단축을 위한 새로운 솔루션의 필요성 증대
디지털 기반의 전자기기의 사용이 일반화됨에 따라 간헐적으로 발생하는 임펄스성 잡음의 발생 또한 많아지고 있다. 그러나 기존의 주파수 스탭 방식의 EMI 분석은 이러한 형태의 잡음을 정확히 측정하기 어렵다. 또한 기존의 주파수 스탭 방식의 EMI 분석은 상당히 긴 테스트 시간을 요구하게 되어 제품 출시 시기에 영향을 미치기도 한다. (그림 4)에서 보듯 측정 불확도를 낮추기 위해 주파수 스탭을 4kHz로 설정하고, 한 주파수에서 머무는 시간을 10ms로 설정 시 전 대역을 측정하기 위한 테스트 시간은 대략 40분이 소요된다.
그림 4. 주파스 스캔
그림 5. 주파수 축에서의 7MHz 단위 필터링(좌)과 시간 축에서의 샘플링
그림 6. Fast Fourier Transform(위)과 주파수 축에서의 최종 결과
FFT SCAN을 통한 측정 시간 단축
EMI 분석 시간을 단축시키기 위해 Fast Fourier Transform 기술이 사용된다. 먼저 EMI 테스트 리시버로 들어오는 신호를 연속된 7MHz의 주파수 단위로 나누어 필터링한다. 이렇게 연속으로 나누어진 신호는 다시 시간 축을 기준으로 81MHz 샘플 레이트로 임시 샘플링된다. 이제 FFT 기술을 사용하여 필터링된 신호를 시간 축에서 주파수 축으로 변환시킨다. 마지막으로 7MHz로 나누어진 주파수 영역을 재배치하면 EMI 분석이 완료되며 측정 조건에 따라 최대 백분의 일 또는 실시간 측정으로 시간이 단축된다. FFT 스캔은 CISPR A 분과에서 표준안을 마련하였으며 향후 자동차 관련 EMC 측정에 우선적으로 도입될 예정이다. 이와는 별개로 FORD 사의 EMC-CS-2009 측정 규격에서는 RE310과 CE420 등 측정 항목에 FFT 스캔을 이용한 EMI 분석 결과를 인증시험 결과로 인정하고 있다.
새로운 Group Delay 측정 방식(2-tone Solution)
Embedded Lo를 가진 주파수 변환기 및 믹서
Group Delay 측정을 위한 새로운 솔루션의 필요성 증대
높은 신호 품질을 가진 광대역 신호 전송을 위한 최신의 시스템에 민간 및 군 분야에서 요구되는 사항들은 더욱 엄격해 지고 있다. 이러한 시스템들의 성능을 파악하기 위한 중요한 파라미터가 바로 주파수에 따른 일정한 감쇄 및 선형적인 위상 특성이다.
특히 마이크로웨이브 분야의 경우, 송신기의 종단에서 광대역 기저신호는 고주파 신호로 변환이 되고 반대로 수신기의 종단에서는 고주파 신호가 기저신호로 변환이 된다. 이 때에 사용되는 믹서 또는 주파수 변환기가 송신기와 수신기 특성에 중요한 요소이며, Group delay 측정을 통해 주파수 대비 위상의 선형적인 특성을 파악할 수 있다. 상대적인 Group Delay는 reference mixer 또는 golden mixer 기술을 사용하여 특성을 볼 수 있다. 단, 믹서의 LO 또는 기준 주파수를 이용할 수 있다는 가정하에 말이다. 하지만 많은 산업 분야에서 embedded LO를 사용하는 DUT 및 시스템을 사용하고 있고 이에 따른 테스트 방법이 꾸준히 요구되고 있다.
그림 7. R&S Network Analyzer ZVA24
Group Delay 측정을 위한 R&S ZVA의 2-tone 솔루션
새로운 방식의 장점 : DUT는 2-tone 신호를 입력으로 받는다. 네트워크 분석기는 입력단에서의 두 신호 간의 위상차와 DUT의 출력에서의 두 신호 간의 위상차를 측정한다. 기존의 S-parameter 측정 방식과 유사하게, Group Delay는 이러한 위상차와 두 신호간의 주파수 차이로부터 계산이 된다.
다른 주파수를 가진 두 신호 사이의 위상을 측정하기 위하여, Rohde & Schwarz는 R&S ZVA에 특별한 모듈을 장착하였으며 이 모듈에서 IF 신호는 A/D 변환이 된다. 그리고 디지털 믹서 과정에서 디지털 LO에 의해서 DC로 변환이 되어 디지털 필터를 통과한다. 일반적인 장비와 달리 각각의 수신기는 하나의 LO가 아닌 두 개의 독립적인 NCO(nu merically controlled oscillator)와 두 개의 디지털 믹서를 가지고 있다. 이러한 NCO들은 2-tone 신호와 같은 주파수 오프셋을 구현하여 각각의 프론트 엔드에서 2-tone 신호간의 위상차이 측정을 가능하게하며 Group Delay 측정을 위해 사용이 된다.
이 방법은 또한 주파수 변환을 하는 DUT와도 사용이 가능하다. 왜냐하면 DUT의 내부 LO에 대한 주파수 및 위상 편차는 반송파들의 위상 차를 계산할 때 제거가 된다. 아래의 측정 예제를 살펴보자.
DUT는 주파수 변환기이며, 파란색 트레이스는 DUT의 conversion loss이다. LO의 주파수 편차와 불안정도는 우려한 바와 같이 conversion loss에 심대한 영향을 가진다. 하지만, 검은색 트레이스인 군지연 측정의 결과에는 영향을 미치지 않음을 볼 수 있다. 왜냐하면 LO의 변화는 2-tone 신호에 모두 동일한 영향을 주기 때문이다. 2-tone 기술은 Group Delay를 결정하기 위해 2-tone의 위상차를 사용하므로 LO의 주파수 또는 위상의 편차 및 불안정성을 보상한다.
그림 8. 2-tone을 이용한 GD 측정 원리
그림 9. 2-tone을 이용하기 위한 측정 셋업
요약
많은 경우에서 Embedded LO를 사용하는 소자들의 Group Delay 및 상대적인 위상 측정은 이전에도 가능하였다. 단, DUT 내부의 LO가 높은 안정성을 만족할 때만 가능하였고 이 방법은 Drift로 인한 위상 및 주파수 편차, 위상 잡음 또는 주파수 변조 등의 영향에 제한을 받았다. 로데슈바르즈가 소개한 새로운 2-tone 기술로 인해, Group delay 측정은 주파수 변조 LO를 가진 컨버터에 대해서도 측정이 가능하게 되었다.
그림 10. 1KHz 주파수 편차 LO와 10KHz FM변조가 걸린 LO
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