다이렉트 RF 샘플링 아키텍처의 장점
개요
이러한 높은 샘플링 (주로 동적 범위)속도를 보이는 컨버터를 사용할 때는 절충점을 고려할 필요가 있지만, 이 기술을 사용하면 폭 넓게 사용되고 있는 헤테로다인 방식의 RF 아키텍처를 특정 어플리케이션에서 다이렉트 RF 아키텍처로 대체할 수 있습니다. 예를 들어, 보다 작은 폼 팩터 또는 비용 절감이 필요한 광 대역폭 RF 어플리케이션의 경우, 다이렉트 RF 계측기의 간소화된 프론트엔드는 매우 효과적인 옵션이 될 수 있습니다. 특히, 이 기술은 레이더 및 전자전과 같은 항공 우주 및 방위 분야에서 탄력을 받고 있습니다.
내용
다이렉트 RF 샘플링이란?
다이렉트 RF 아키텍처를 이해하기 위해서는 우선 다른 RF 아키텍처와의 차이점을 알아야 합니다.
헤테로다인 아키텍처에서는, 수신기가 RF 주파수에서 신호를 수신한 후 중간 주파수 (IF)로 하향 변환하고 디지털화한 후, 필터링하고, 복조하는 과정을 거치게 됩니다. 그림 1은 헤테로다인 수신기의 블록다이어그램을 보여줍니다. 보시다시피, 이 계측기에는 대역 통과 필터, 저소음 증폭기, 믹서 및 로컬 오실레이터 (LO)로 구성된 RF 프런트엔드가 있습니다.
그림 1. 이 헤테로다인 수신기의 블록다이어그램에서는 대역 통과 필터, 저소음 증폭기, 믹서 및 로컬 오실레이터로 구성된 RF 프론트엔드가 있는 계측기를 보여줍니다.
다이렉트 RF 샘플링 수신기 아키텍처는 저소음 증폭기, 적합한 필터와 ADC로만 구성되어 있습니다. 그림 2의 수신기는 믹서와 LO를 사용하지 않으며, ADC가 RF 신호를 직접 디지털화하여 프로세서로 전송합니다. 이 아키텍처에서는 디지털 신호 처리 (DSP)로 수신기의 여러 아날로그 구성 요소를 구현할 수 있습니다. 예를 들어 믹서 대신 디지털 직접 변환 (DDC)을 사용하여 표적 신호를 분리할 수 있습니다. 또한 안티 앨리어싱 또는 재구성 필터를 제외하고는 대부분의 경우에 아날로그 필터링을 디지털 필터링으로 대체할 수 있습니다.
아날로그 주파수 변환을 요하지 않기 때문에 다이렉트 RF 샘플링 수신기의 전체 하드웨어 설계는 훨씬 간단하여 폼 팩터를 줄이고 설계 비용을 낮출 수 있습니다.
그림 2. 다이렉트 RF 샘플링 수신기 아키텍처는 저소음 증폭기, 적합한 필터 및 ADC만으로 구성될 수 있습니다.
다이렉트 샘플링 구현 방법
최근 컨버터 기술의 발전이 있기 전까지는 컨버터 샘플 속도 및 분해능의 한계 때문에 다이렉트 샘플링 아키텍처는 실용적이지 않았습니다. 반도체 회사들은 컨버터 내부의 노이즈를 저감시키는 새로운 기법을 활용하여 보다 높은 샘플링 주파수에서 분해능을 높일 수 있었습니다. 보다 높아진 분해능을 자랑하는 더 빠른 속도의 컨버터 덕분에 RF 입력 신호를 직접 최대 수 기가헤르츠로 변환할 수 있게 되었습니다.
이 같은 변환율은 L 및 S 대역에서 매우 넓은 순시 대역폭으로 디지털화를 가능하게 해줍니다. 컨버터의 지속적인 발전에 따라 다른 대역 (예: C 및 X 대역)에서의 다이렉트 RF 샘플링 역시 가능해질 것입니다.
다이렉트 RF 샘플링 아키텍처 사용을 고려해야 할 때는?
다이렉트 RF 샘플링으로 인한 주요 이점은 보다 단순화된 RF 신호 체인, 채널당 비용 감소, 그리고 채널 밀도의 감소입니다. 다이렉트 RF 아키텍처를 갖춘 계측기는 아날로그 부품이 적어 일반적으로 크기가 더 작고 전력 효율이 더 높습니다. 다채널수 시스템을 구축하는 경우, 다이렉트 RF 샘플링은 시스템 공간과 비용을 절감할 수 있습니다. 이는 최대 수백 또는 심지어 수천 개의 안테나에서 방사된 신호를 받아 위상 천이를 통해 빔을 형성하는 완전 능동형 위상 배열 레이더와 같은 시스템을 구축할 때 특히 중요할 수 있습니다. 동일 시스템에서 이렇게 많은 RF 신호 발생기와 분석기를 사용하게 되면 채널당 크기 및 비용이 중요한 요소가 됩니다.
크기, 무게 및 전력 (SWaP) 감소뿐만 아니라 단순화된 아키텍처는 RF 계측기 자체에서 LO 누설 및 직교 장애와 같이 잠재적인 소음, 영상 및 기타 오류의 원인을 제거해줍니다.
끝으로, 다이렉트 RF 샘플링 아키텍처는 또한 동기화를 단순화할 수도 있습니다. 예를 들어, RF 시스템의 위상 일관성을 유지하기 위해서는 LO 뿐만 아니라 반드시 RF 계측기의 내부 클러킹도 동기화해야 합니다. LO가 필요 없는 다이렉트 샘플링의 경우 디바이스의 클럭 동기화에만 집중하면 됩니다. 다시 말해, 위상 일관성이 반드시 필요한 여러 개의 RF 수신기가 있는 위상 배열 레이더 어플리케이션에서는 이러한 특성이 설계 단순화를 가능하게 하는 매력적인 옵션이 될 수 있습니다.
NI의 역할은?
NI는 다수의 RF 아키텍처 유형을 활용한 여러 RF 계측기를 제공하고 있지만 FlexRIO IF 트랜시버가 다이렉트 RF 샘플링을 활용한 최초의 NI 계측기입니다. 고속 컨버터의 기능이 확대됨에 따라서 NI는 공급 업체와 긴밀한 협력을 통해 이러한 신기술이 고객에게 신속하게 제공될 수 있도록 할 것입니다.