올해의 WSD 컨퍼런스는 90년대말 붐을 일으켰을 때만큼 관심을 못 끌었다. 대부분의 전시업체들은 과거보다 작고, 덜 화려한 부스를 택했다. 이렇게 다소 침체된 분위기에서 전시업체들은 베이퍼웨어(vaporware, 개발 중부터 요란하게 선전하지만, 실제로는 완성될 가능성이 없는 소프트웨어) 보다는 견실한 제품을 전시하는데 열의를 보였다. 많은 제품 중에 몇 종은 더 작고 단순한 기지국, 휴대폰, WLAN 및 블루투스 시스템을 제공하는 RF 기술에서 진전을 이루었다.

기지국

ADI는 기지국과 무선 LAN을 위한 흥미로운 몇 종의 제품을 소개했는데, 이 제품들은 모두 전력 소비와 규모를 줄일 수 있게 도와 주는 제품들이다.

AD9245는 마이크로셀(microcell), 피코셀(picocell), 핫스팟 기지국을 위한 CMOS 아날로그-디지털 컨버터이다. 이 기기는 ADI가 인프라 시스템 용으로 제공하는 많은 기기 중의 한 예이다. AD9245는 AD9245가 대체할 수 있는 AD6645와 비교할 때, 전력은 1/3만 소비하면서 크기도 훨씬 작아진 칩스케일 패키지를 사용한다. 이 AD9245는 샘플당 14비트, 초당 80메가샘플의 컨버전 속도로 작동하며, 중간주파수(intermediate frequency)신호를 최대 100MHz까지 디지털화할 수 있다. AD9245의 높은 컨버전 속도는 다운컨버전 단계와 IF 필터를 제거하게 해줌으로써 RF 및 IF 하위 시스템에 영향을 주고 있다.

ADI는 또한 AD8370 가변 이득 증폭기(variable gain amplifier)를 소개했다. 이 기기는 기지국 수신기를 위한 디지털 제어 차동 증폭기(digitally controlled differential amplifier)이다. AD8370은 70 MHz, 140 MHz, 190 MHz, 240 MHz의 공통 중간 주파수와 과거의 차동 증폭기에서 가능했던 것보다 높은 380 MHz에서 신호를 증폭할 수 있다. 차동 증폭기는 균형잡힌 신호 라인을 사용하게 해줌으로써, 2차 왜곡과 노이즈를 없애고, 직선성(linearity)을 향상시키고, 필터링을 단순화하게 도와준다. 차동 증폭기는 또한 receive chain에서 IF 섹션과 아날로그-디지털 컨버터의 연결을 단순화 해준다.

전시회에서 ADI는 무선 인프라 CDMA, W-CDMA/GSM EDGE, 고용량 일대일 및 일대다 무선 링크, 무선 LAN, 무선 가입자망 장비를 포함하여 무선 네트워킹 애플리케이션을 위한 AD8348브로드밴드 직교 디모듈레이터(quadrature demodulator)를 소개했다. AD8438은 베이스밴드 아날로그-디지털 컨버터를 확대하기 위해 듀얼 믹서, 위상분할기(phase splitter), 가변 이득 IF 증폭기, 차동 증폭기를 통합하고 있다. AD8348는 60 MHz 디모듈레이션 대역폭을 가지고 있기 때문에, 입력 신호를 50MHz부터 1GHz까지 다운컨버트할 수 있으며, 이는 AD8340이 QAM, QPSK, 8-PSK 같은 고차(high-order) 모듈레이션 포맷을 사용하는 다양한 인프라 시스템에서 작동할 수 있게 해준다.

아날로그 디바이시스는 2000년이래 5000만대의 휴대폰용 전력탐지(power detection) IC를 출하했다. 이 중에는 GSM 휴대폰 전력 증폭기를 위한 AD8315와 AD8316도 있다. 이 장치들은 전력 탐지기에 대한 전문 기술을 AD8302 GPD(gain and phase detector)에 서 활용했다. 이 장치는 기지국 전원 증폭기 모듈에서 feedforward linearization를 단순화 해준다. ADI의 Rick Cory는 2대의 AD8302를 이용하여 2.135 GHz에서 작동하는 3GPP W-CDMA 기지국 전력 증폭기에서 놀라운 직선성을 보여주는 프리젠테이션을 보여주었다.

Feedforward linearization은 전력 증폭기를 중심으로 2개의 피드백 루프를 사용한다. 한 개는 carrier cancellation을 수행하고, 다른 하나는 distortion cancellation을 수행한다. 대부분의 feedforward linearization 체계는 원하는 송신기 작동 주파수 근처에서 전력 증폭기에 대한 RF 입력에 파일럿 톤(pilot tone)을 추가한다. linearization 회로는 carrier cancellation 및 distortion cancellation에서 위상과 진폭을 조정하여 전력 증폭기 모듈의 출력시 파일럿 톤을 말소한다. 이런 말소는 시스템에서 비선형의 말소를 가져온다. 파일럿 톤 시스템은 복잡한 회로를 요구하기 때문에, 원하지 않는 상호변조 산물을 가져오고 잔류 파일럿 신호가 안테나에 잔류할 수 있다. AD8302는 파일럿 톤 교정을 위한 대안을 제공한다.

로그 증폭기(logarithmic amplifiers)에 기초하고 있는 AD8302는 2개의 입력 지점에서의 신호 사이에 존재하는 위상 및 진폭의 차이에 비례하여 전압을 생산한다. 이런 전압은 피드포워드 시스템의 linearization 피드백에서 위상 시프터와 전압 가변 감쇠기를 제어하기 위해 사용될 수 있다.

ADI는 장치가 2.7GHz까지의 입력으로 작동하게 해주는 실리콘 양극 처리(silicon bipolar process)를 이용하여 AD8302를 생산한다. 향후 AD8302에 기반할 부품들은 더 높은 RF 입력 주파수를 이용하기 위해 silicon bipolar on SOI를 사용할 가능성이 높다. AD8302는 linearization을 단순화할 것이므로, 3G 기지국으로의 마이그레이션을 도울 것이다.

Superconducting Technologies Inc.는 자사의 콤팩트한 high quality factor (“Q”) 필터와 매크로셀 기지국을 위한 새로 개조한 모듈을 전시했다. STI의 16 mm x 32 mm 크기의 기지국 필터는 고온 슈퍼반도체를 사용하므로, 30,000 ~ 100,000 범위에서 놀라운 Q를 과시하고 있다. 기존의 기지국용 금속 resonator 필터는 크기가 약 2.5 x 9 x 6 인치로서 Q가 낮다.

STI의 마케팅 담당 부사장 Mike Eddy에 따르면, 이 기기는 기지국 수신기의 감도와 선택성을 높였으며, 휴대폰에 대한 최대 범위를 향상시켰다. STI는 지금까지 약 2200대를 출하했으며, 이중 대부분은 CDMA 및 TDMA 기지국 업그레이드를 위해 미국내 사업자에게 제공되었다.

모토롤라의 Leonard Pelletier는 모토랄라가 자사의 기지국용 LDMOS 전력 증폭기 모듈을 어떻게 개선했는지에 대해 얘기했다. 모토롤라의 전력 증폭기는 2개의 드라이버, 4 트랜지스터 파워 스테이지로 구성된 3개 부품에서 1개의 드라이버, 2 트랜지스터 파워 스테이지의 2개부품으로 개선되었다. 출력 또한 증가했다. MRF9201 파워 스테이지는 900MHz에서 약 420 와트의 출력을 생산하는 반면, MRFP21240은 2100MHz에서 240와트의 출력을 생산한다. Pelletier에 따르면, 모토롤라는 2년전 copper metalization 프로세스에서 알루미늄 프로세스로 전환했으며, 파워 트랜지스터는 표준 CMOS IC 생산 방식과 현재 완전 호환하고 있다.

휴대폰

Wavecom은 위즈모(Wismo) 통합 휴대폰 모듈에 대해 발표했다. 이 모듈은 베이스밴드, IF, RF 트랜시버, 전력 증폭기를 단일 패키지에 포함하고 있다. 발표자가 보여준 위즈모의 초기 시제품은 STMicro 및Philips (VLSI Technology)의 디지털 베이스밴드, 인텔 플래시 메모리, 소니와 STMicro의 RF 트랜시버를 사용했다. 가장 작은 모듈은 약 30 mm x 25 mm이었다.

Wavecom에 따르면, 휴대폰 생산업체가 새 휴대폰을 개발, 제작, 출하하는데 12~18개월이 소요된다. Wismo 모듈은 모든 라이센스와 인증을 포함하고 있으므로 이것은 새 휴대폰에 대한 time-to-market을 약 6개월로 줄일 수 있다. 인증에험이 포함된다.

Wavecom은 Wismo로 150개 디자인 인(design-in)을 획득했으며, 2003년 2월 현재 약 900만개의 모듈을 출하했고, 그 중의 대부분은 휴대폰겸 오거나이저인 핸드스프링의 Treo에 제공되었다. Wavecom은 다른 회사로부터 칩을 구입하여 자사 모듈에 사용하고 있지만, 자체 베이스밴드 프로세스를 개발중이다. 현재의 Wismo 모듈은 GPRS / GSM 장치이다. Wavecom은 2004년 1분기 EDGE 버전을 출시할 계획이다.

M/A-COM 부스에는 주요 GSM 휴대폰에서 사용되는 송수신 아키텍처를 보여주는 미니 튜토리얼 스토리보드가 있었다. 이 스토리보드에는 p-i-n diode switchplexer 모듈, 2개의 듀플렉서가 있는 3개의 SPDT FET 스위치, SP3T FET 스위치 및 듀플렉서, 듀플렉서가 있는 3개의 SPDT FET 스위치, 듀플렉서에 대한 필요성을 없애주는 SP6T FET 스위치 등 5종의 아키텍처가 포함되어 있었다. M/A-COM은 FET 스위치를 단독으로, 혹은 GaAs 전력 증폭기 모듈의 일부로 제공하고 있다. 이 기종 중 가장 집적도가 높은 것은 2개의 파워 증폭기와 1개의 SP6T 스위치, CMOS 디코더를 포함하고 있다.

Agilent는 콤팩트 RF 필터를 위한 FBAR (film bulk acoustic resonator)기술을 소개했다. Agilent는 얇은 금속층 사이에 crystalline aluminum을 끼워넣어서 FBAR 장치를 제작하고 있다. 이렇게 제작된 다층 재료는 압전기 특성을 가지기 때문에 high quality factor “Q”를 가진 L-C-R 회로 요소로서 사용될 수 있다. Agilent의 FBAR 재료를 사용하여 제작한 휴대폰 듀플렉서는 5GHz에서 1000 내외의 quality factors를 가진다. 반면, 세라믹 및 SAW (surface acoustic wave) 듀플렉서는 수십~수백에서 quality factor를 가진다. Agilent의 PCS를 위한 HPMD-7905 FBAR 듀플렉서는 크기가 단 6 mm x 12 mm x 2 mm이다. 반면, 보통 PCS 세라믹 듀플렉서는 5.5 mm x 24.5 mm x 5 mm이다. Agilent는 can produce FBAR filters on GaAs 나 silicon 서브스트레이트에 대해 FBAR 필터를 생산할 수 있으나, GaAs나 실리콘 IC의 일부로서 FBAR을 통합시키는 비용절약적인 방법을 개발하지는 못했다.

Motorola SPS의 Peter Okray는 HSDPA (High Speed Data Packet Access) 와 1xEVDV에 대해 설명했다. 이 2개의 3.5G 표준은 현존하는 어떤 3G 무선 시스템보다 빠른 데이터 속도를 가능케 해준다. 이 표준은 적응형 모듈레이션(즉, 채널 조건에 따라 달라지는 모듈레이션), 하이브리드 ARQ (오류 수정과 자동 반복 요청), 빠른 스케줄링(패킷 데이터 버퍼 최적화 기술), 높은 전송속도를 위한 다수의 스프래딩 코드 채널 등을 포함하고 있다. 1xEVDV 시스템은 3.1Mbps까지의 데이터 속도를 제공하며, HSDPA 표준은 14.4 Mbps 데이터 속도를 제공한다. 반면, CDMA2000-1xRTT는 최대 307 kbps의 속도를 제공하며, W-CDMA / UMTS의 최고속도는 1.92 Mbps이다.

이런 3.5G 시스템을 구현하는 길에는 많은 기술적 난관이 놓여져 있다. 그 중에는 추가 메모리와 정확한 필터링에 대한 니즈도 포함된다. FR 및 IF 부품에서 위상 노이즈와 왜곡은 문제점 있는 것으로 증명될 수도 있으며, 이를 위해 매우 빠른 디지털 신호 프로세싱이 필요할 지도 모른다. 송수신은 이동중인 차량에서 문제가 있는 것으로 나타날 가능성이 높으며, 전세계적 주파수 할당과 롤아웃 비용 때문에 3.5G가 방해받을 수도 있다. 발표자는 3.5G 시스템이 고객에게 주는 가치가 불확실하고, WLAN 핫스팟은 3.5G를 쓸모없는 것으로 만들 수 있다는 점에 대해서도 인정했다. 하지만, 3.5G를 원하는 사람이 누구라도 있다면, 모토롤라는 제품을 제작할 것이다.

무선LAN 과 블루투스

Bermai의 Neil Harmady는 5GHz의 802.11a를 위한 통합 CMOS WLAN 제품에 대해 발표했다. 이 제품은 외부 수동부품과 듀플렉서를 제외하고 한 개의 칩에 MAC, 베이스밴드, RF를 통합한 것이다. Neil은 칩에 CMOS 전력 증폭기를 포함시켰다고 말했으며, 이는 청중으로부터 다소 회의적은 반응을 얻었다. Neil에 따르면, 5GHz에서의 전력 증폭을 위해 CMOS를 사용할 때의 노이즈 수치는 충분했다(2.4GHz에서 얻은 것만큼 좋지는 않지만). 액세스 포인트와 클라이언트를 위한 Bermai의 BER7211a 통합 회로는 16dBm의 출력을 가지고 있다.

Murata는 멋진 Bluetooth 모듈 BlueDevice를 공개했다. 이 제품은 Nurata에 따르면, 휴대폰, PC 카드 같은 블루투스 CDMA 시스템을 위한 가장 작은 RF 기기이다. 8 mm x 6.5 mm x 1.6 mm 크기의 LMGTA068 BlueDevice는 1개의 LTCC (low-temperature cofired ceramic) 모듈에 트랜시버, 전력 증폭기, dielectric chip 안테나, 수동 장치를 통합했다.

Murata는 주문형 휴대폰 및 무선 데이터 모듈의 설계와 생산을 위해 베이스밴드, 트랜시버, 전력 증폭기 제조업체에 패키징, 필터, 수동장치를 제공할 수 있다. Murata는 그 예로서 RF 트랜시버, 플래시 메모리, 필터, Cambridge Silicon Radio의 BlueCore 베이스밴드를 10 mm x 10 mm의 작은 공간에 통합한 WLAN 모듈을 소개했다.

브로드밴드 액세스

Fujitsu의 Aditya Agarawal은 표준화된 MAN(metropolitan area network)을 이용하여 소기업, 대기업, 가정, 핫스팟 무선 LAN을 연결하는 니즈에 대해 발표했다. 제안된 표준으로는 ETSI BRAN HiperACCESS, HiperMAN, IEEE 802.16a등이 있다. Fujitsu는 WiMAX 포럼의 회원사로서 HiperMAN와 802.16a를 지원하고 있다. 이 기준들은 11GHz 이하의 다양한 밴드에서 적용되므로 공통의 MAC 및 OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 물리층 컴포넌트를 사용할 수 있다. WiMAX는 Worldwide Interoperability for Microwave Access를 의미하는 그룹으로서 브로드밴드 액세스를 위한 연동 표준을 지원하고 있다. 연동가능한 802.16a 및HiperMAN 브로드밴드 시스템을 방어하기 위해서는 많은 과제를 극복해야 하며, 그 중의 하나가 OFDM을 위한 RF 컴포넌트의 구현이다.

Fujitsu는 또한 베이스밴드 프로세서와 “단일칩”을 위한 RF를 통합하는 문제들에 대해서도 발표했다. 주요 문제로는 고속 데이터 컨버전 속도에서 작동하는 아날로그-디지털, 디지털-아날로그 컨버터에 이해 생성되는 노이즈로부터 칩의 RF 섹션을 격리하는 것, 크로스톡을 최소화할 수 있도록 아날로그 트레이스를 배치하는 것 등이다. Fujitsu는 또한 온칩 RF 필터를 위해 film bulk acoustic resonator 프로세스를 개발했다.

Implications

· 기지국 분야에서 실리콘 통합은 최근 아날로그 디바이시스사의 최근 제품에서 보았듯이 휴대폰에서처럼 계속 발전하고 있다. LDMOS 전력 증폭기는 곧 새로운 온칩 기능을 통합시킬 가능성이 높으며, 이는 LDMOS가 많은 기지국 애플리케이션에서 GaAs 보다 장점을 하나 더 가지게 해줄 것이다. 기지국 제조업체들은 STI가 제공하는 것과 같은 새로운 필터로 크기를 줄이고 성능을 개선할 수 있다.

· 휴대폰 분야의 경우 올해 FBAR 기술을 이용하는 high-Q RF 필터 온칩을 볼 기대를 하지 않는 프론트엔드 필터를 IC 콘텐트와 통합하는 최고의 방법은 모듈이다.

· 모듈이 할 수 있는 일의 한 예로서, Wavecom의 Wismo는 향후 전자 제품 제조업체가 작은 모듈만 장착하면 어떤 전자 장비라도 무선 휴대폰 기능을 추가할 수 있다는 사실을 보여주고 있다.

· 모듈에 자사의 칩을 통합하는 방식을 모색하는데 관심을 가진 RF 부품 제조업체들은 Murata나 통합업체 및 패키징 전문 업체와 협력할 수 있다. 이런 업체들은 LTCC와 다른 모듈 패키징 솔루션을 제공할 수 있다.

· 여러분의 RF 모듈내 부품들은 여러 개의 송수신 밴드 사이를 전화해야 할 필요가 있을지도 모른다. 만약 그렇다면, M/A-COM은 최소한 GSM/GRPS 휴대폰 같은 반듀플렉스 시스템에서 듀플렉서에 대한 필요성을 없애주는 RF 송수신 스위치 부품을 제공할 수 있다.

· Fujitsu가 발표하고 Bermai가 시연했듯이, 단일 CMOS 칩에 베이스밴드와 RF 트랜시버를 결합하려는 시도는 저전력 WLAN 장치에서 성공을 거두고 있다. 그러면 휴대폰, 더 높은 주파수, 더 높은 전력의 브로드밴드 애플리케이션을 위한 “단일칩” 베이스밴드/트랜시버는 언제나 볼 수 있는 것일까. Texas Instruments는 2004년 이런 IC를 보여줄 것이라고 약속한 바 있다.

자료문의 : 마인드브랜치 김성곤과장
(☎02-3413-1963, sgkim@mindbranch.co.kr )
자료제공 : 마인드브랜치아시아퍼시픽

제공 : DB포탈사이트 DBguide.net