초소형 공진기가 가져올 5G 시대의 혁신
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초소형 공진기가 가져올 5G 시대의 혁신
  • 선연수 기자
  • 승인 2019.08.06 08:35
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[테크월드=선연수 기자] 모든 전자 시스템에는 각 컴포넌트가 완벽한 동기화 기능을 수행할 수 있도록 중심부 역할을 하는 클럭 시그널이 존재한다.

이 클러킹 기술을 구현하기 위해 수십 년 동안 개발자들은 쿼츠 크리스털을 사용해왔다. 쿼츠 크리스털은 진동으로 정밀한 리듬을 만들어내는데, 이 값비싼 크리스털이 마모되기 시작하면 지터 또는 위상 점프가 발생해 정밀성 저하로 이어질 수 있다.

 

 

TI는 벌크 탄성파(Bulk Acoustic Wave, 이하 BAW) 공진기를 통합한 새로운 디바이스 2가지를 개발했다. 이 디바이스들은 클러킹 기술의 새로운 형태로서, 100 마이크론 간격의 아주 작은 타임키퍼다. 머리카락의 직경보다도 작은 크기임에도 불구하고, 쿼츠 크리스털 대비 더욱 높은 주파수에서 향상된 시스템 성능을 제공한다.

특히, 한 층 업그레이드된 통신 네트워크와 빅데이터의 시대가 도래하면서, 고정밀 클러킹은 필수 기술로 자리 잡고 있다. 전 세계에서 의사와 환자, 농가와 가축, 그리고 건물과 자동차 등에서의 시스템 간 연결성이 확장되면서 방대한 양의 데이터가 발생하고 있기 때문이다.

TI가 새롭게 선보이는 BAW 기반 제품들은 내부 클럭 성능을 개선해 빌딩 자동화부터 가상 헬스케어에 이르기까지 다양한 애플리케이션들의 성능을 향상시킬 것으로 기대된다.

이전 BAW 공진기 기술은 스마트폰과 같은 통신 기술들 내에서 신호를 필터링 하는 역할로 사용했으나, TI는 BAW 공진기 기술을 적용해 통합 클러킹 기능을 함께 제공한다.

 

쿼츠가 필요 없는 크리스털리스 무선 MCU

크리스털이 없는 무선 마이크로컨트롤러(MCU)가 포함된 TI의 신제품에는 패키지 내 TI BAW 공진기 또한 통합된다[그림 1]. 이 MCU를 통해 엔지니어들은 비용은 절감하고 성능은 향상시키면서, 더 간단하고 컴팩트한 설계를 할 수 있다. 또한, 외부 쿼츠 크리스털을 선택, 캘리브레이션, 설치하는 과정을 거치지 않아 출시 속도도 앞당길 수 있다.

TI 커넥티드 마이크로컨트롤러 부문을 담당하고 있는 레이 업튼(Ray Upton) 부사장은 “오늘날 가장 중요한 혁신은 보다 정확한 결정을 내리기 위해 대량의 데이터를 이동하고 분석할 수 있는 능력을 소유하는 것”이라며, “무선 네트워킹은 데이터 마이그레이션의 핵심 솔루션이며, 커넥티드 디바이스를 통해 라스트 마일을 연결하는 기능은 데이터 주기의 필수적인 부분”이라고 강조했다.

 

[그림 1] 크리스털리스 BAW 무선 MCU CC2652RB의 블록 다이어그램

 

IDC에 의하면 2022년까지 IoT 애플리케이션에 대한 지출은 2018년 약 1510억 달러의 추산 금액을 기점으로, 1조 2000억 달러에 이를 것으로 전망된다. 즉, IoT가 수 많은 시장에 깊숙이 침투하고 있으며, 스태티스타(Statista)에 따르면 기술, 미디어, 이동 통신 등의 비즈니스 임원들 중 90%가 IoT는 비즈니스 전략의 핵심이라고 말하고 있다.

TI BAW 기술을 탑재한 TI SimpleLink 다중 표준 MCU는 BLE(Bluetooth Low Energy)와 지그비(Zigbee) 기술과 같은 크리스털리스 저전력 무선 주파수 디바이스에 통합됨으로써, 외부 크리스털로 인해 발생하는 무선 주파수 성능 저하 문제를 줄일 수 있다.

 

BAW 기반 네트워크 동기 장치를 활용한 디지털 노이즈 제거

TI의 BAW 기반 네트워크 동기 장치와 쿼츠 크리스털을 결합하면, 데이터센터 코어 네트워크에 있는 유무선 인프라 하드웨어의 통신 서브시스템의 입력 신호에서 디지털 노이즈나 지터를 방지할 수 있다. 이를 통해 클럭 네트워크 동기 장치는 5G 네트워크와 같은 이동 통신 시스템을 지원하게 된다.

TI 부사장 겸 고속 데이터 클럭 총괄 매니저인 킴 웡(Kim Wong)은 “미래의 통신 인프라에 필요한 클러킹의 요구 사항들은 현재 쿼츠 크리스털 기반 공진기를 탑재한 디바이스들의 성능을 넘어서고 있다”라며, “이런 통신의 변화 속에서 TI BAW 공진기를 클러킹 디바이스에 바로 접목시킨다면 데이터 파이프라인으로 인한 진동과 충격에 대해 극도로 낮은 지터 성능과 복원력을 구현할 수 있다”고 덧붙였다.

 

소형 타임키퍼의 동작 원리

TI BAW의 오실레이터는 전자 오실레이터 회로로써, 진동하는 마이크로 어쿠스틱 공진기(BAW)의 기계적 공진을 이용한 압전 효과로 안정적인 전기 신호를 발생시킨다. 이 정밀한 신호는 전자 시스템에 초고주파에서 클럭킹과 타이밍 레퍼런스를 제공한다.

 

 

TI BAW 기반 제품 주요 특징

▲TI의 BAW는 칩 패키지에 통합돼 더욱 소형화된 폼팩터를 실현함으로써, 개발자들은 별도의 클러킹 디바이스를 장착할 필요가 없다.

▲다수의 IoT 애플리케이션들은 신속하게 작동시키는 클러킹 시스템을 필요로 한다. 이때, TI BAW 기반 오실레이터는 낮은 전력 소모로 쿼츠 크리스털 대비 약 100배 더 빠른 속도를 구현해낸다.

▲TI의 네트워크 동기 장치 칩은 현재 시중에 출시된 제품 대비 더욱 향상된 지터 성능을 제공해 디지털 노이즈를 감소시킨다.

▲TI BAW 공진기는 초당 수백 기가바이트의 고속 데이터 전송에 필수적이면서도 매우 깨끗한 클럭 레퍼런스를 제공한다. 뿐만 아니라 TI BAW 공진기는 무선 주파수(RF) 칩과 결합해 단일칩 라디오 솔루션을 구현할 수 있다.

 

5G 시대의 핵심 솔루션

TI BAW 공진기는 5G 네트워크와 차세대 통신 기술 환경에서 비즈니스와 상거래부터 헬스케어, 농업, 교육에 이르기까지 다양한 분야에 영향을 미칠 것으로 예상된다.

향후 막대한 양의 데이터 전송을 지원하는 통신 인프라가 구축된다면, 기업과 정부는 라스트 마일에서 포인트-투-포인트 연결을 위한 무선 오버레이 환경을 요구할 것이다. 따라 사물 간 상호 통신부터 스마트폰, 온도조절장치, 심박수 측정 등 다양한 디바이스들 간의 통신이 가능해질 것으로 예상된다.

레이 업튼 부사장은 “TI BAW 공진기 기술은 시스템 디자인에 대한 접근 방식을 변환함으로써 차세대 산업 이동 통신 애플리케이션으로의 혁신을 이끌 것”이라고 말하고 있다.

자료제공: 텍사스 인스트루먼트