위상 배열 빔포밍 IC 및 시스템 설계

다른 응용 분야와 마찬가지로, 통합은 만연해 있으며 시스템 크기를 크게 줄이는 데 도움이 되었습니다. IoT 제품, 통신, 자동차 등 많은 분야가 SoC 및 기타 IC에 의해 제공되는 통합의 혜택을 받고 있습니다. 빔포밍에 의존하는 RF 기술도 자체 통합 수준을 보이고 있으며, 위상 배열 빔포밍 IC는 빔포밍을 제공하고 5G 가능 시스템에서는 MIMO를 제공하는 컴팩트 시스템에 필요한 것입니다.

5G는 빔포밍을 새로운 기술 유행어로 만들었지만, 빔포밍은 통신 외부에서도 사용됩니다. 치르프 레이더, 장거리 무선 전력 전송, V2X는 방향 제어를 통해 더 긴 범위의 데이터/전력 전송을 제공하는 데 빔포밍이 유용한 몇 가지 분야입니다. 새로운 시스템에서 위상 배열 제어가 필요할 때, 이러한 빔포밍 컨트롤러 중 하나를 고려해 보세요.

위상 배열 빔포밍에서의 빔 제어

PCB와 같은 평면에서의 빔포밍은 위상 안테나 배열로 달성할 수 있습니다. 이러한 안테나는 PCB에 직접 인쇄되거나 외부 안테나(예: 러버 덕키 안테나)일 수 있습니다. 배열의 각 안테나에 보내는 신호는 약간 위상이 이동되며, 결과적으로 형성되는 빔은 각 안테나 간의 간섭으로 인해 형성됩니다. 서로 다른 안테나에 보내는 신호 사이에 정확한 지연을 배치함으로써, 결과 빔의 방향을 제어할 수 있습니다.

귀하의 위상 배열 빔포밍 IC는 다른 안테나 요소 간의 이 지연을 제어함으로써 방출되는 빔을 제어합니다. 이러한 IC는 일반적으로 다른 구성 요소와 결합되는 고주파 RF 구성 요소입니다. 아래의 블록 다이어그램은 빔포밍과 통합된 RF 프론트 엔드의 전형적인 구조를 보여줍니다.

이 다이어그램의 다양한 블록은 다양한 구성 요소에서 다른 수준으로 통합될 수 있습니다. 빔포밍 컨트롤러의 경우, 프론트 엔드의 일부가 IC에 통합될 수 있으므로 출력에서 추가 증폭이나 필터링을 추가할 때 주의해야 합니다. 빔포머는 소수의 안테나에만 연결할 수 있으므로 더 큰 배열을 제어하려면 여러 트랜시버가 필요할 수 있습니다. 치르프 레이더 모듈과 같은 것은 최대 4개의 중앙 급전 패치 안테나만 필요할 수 있지만, 4x4 또는 8x8 MIMO 시스템은 여러 채널에서 빔포밍을 제공하기 위해 거대한 안테나 배열이 필요할 수 있습니다. 단일 RF 트랜시버는 안테나 스위치와 함께 사용하여 배열의 크기를 확장할 수도 있습니다.

위상 배열 빔포밍 IC는 시간 영역 이중화(TDD) 또는 주파수 영역 이중화(FDD)와 함께 사용하기 쉽습니다. TDD의 경우, 안테나 끝에 있는 스위치가 위상 배열 빔포밍 컨트롤러의 Rx와 Tx 측 사이의 신호 경로를 간단히 전환합니다. FDD의 경우, 다른 대역에서 동시에 송수신해야 하므로 더 창의적인 접근 방식이 필요합니다. 연구 커뮤니티는 여전히 단일 송수신 장치에서 FDD와 빔포밍을 가능하게 하는 IC 아키텍처에 대해 연구 중입니다. 그때까지, FDD 라디오를 위한 2채널 송수신 장치가 여러 위상 배열 빔포밍 컨트롤러로 빔 제어를 지원할 수 있습니다.

빔포밍 컨트롤러의 유형

수신 측에서, 빔포밍은 두 가지 유형이 있으며, 각 유형의 빔포밍을 수용할 수 있는 구성 요소를 선택해야 합니다. 빔포밍의 다른 유형은 PCB 레이아웃에도 영향을 미칩니다. 이 두 가지 유형의 빔포밍은 디지털과 아날로그입니다.

아날로그 빔포밍에서는 Tx 신호 중 하나가 위상 이동 요소(예: 필터 및 증폭기)를 통과하여 안테나 요소에 공급됩니다. 현재, 아날로그 빔포밍은 빔포밍 어레이를 구축하는 가장 비용 효율적인 방법으로 여겨지지만, 각 빔포밍 컨트롤러는 단일 빔에만 사용될 수 있습니다. 디지털 빔포밍에서는 각 안테나 요소에서 입력이 통합 ADC를 통해 디지털 신호로 변환됩니다. 이는 수신된 빔의 방향성 재구성을 더 정확하게 제공합니다. 마지막으로, 하이브리드 빔포밍은 이 두 유형의 빔포밍 사이의 혼합입니다.

아래에 표시된 위상 배열 빔포밍 컨트롤러는 모두 아날로그 빔포머 컨트롤러로, 디지털 빔포밍은 여전히 개발 및 상용화 중이므로, 이 다른 클래스의 빔포머가 미래에 널리 사용될 것으로 기대됩니다.

Renesas, F5260AVGK

Renesas의 F5260AVGK 빔포밍 컨트롤러는 24에서 28 GHz까지 작동하는 8채널 아날로그 빔포머입니다. 이는 예를 들어, 백업 센서와 같이 다소 낮은 방향성을 가진 단거리 레이더 모듈과 같은 응용 프로그램에 유용합니다. 이 구성 요소는 위상 배열 응용 프로그램을 위한 이중 편파와 함께 하프 더플렉스 모드에서 작동합니다. 주파수 범위는 또한 4x4 MIMO를 가진 5G 응용 프로그램에서 유용합니다. 각 채널은 통합 이득 제어 및 정밀한 위상 제어를 포함하여 장거리에서 정확한 빔 조향을 달성합니다. 제어는 최대 50 MHz까지 SPI를 통해 이루어집니다. Renesas의 F5XXX 및 F6XXX 라인에서 다른 주파수 범위에서 작동하는 다른 구성 요소도 사용할 수 있습니다.

Anokiwave, AWMF-0139

Anokiwave의 AWMF-0139 빔포밍 IC는 5G에서 대규모 MU-MIMO를 가능하게 하는 또 다른 구성 요소이며, 주파수 출력은 단거리 레이더나 기타 특수 RF 애플리케이션에 적합합니다. AWMF 시리즈의 다른 구성 요소들은 최대 40 GHz까지 다른 주파수 범위를 지원합니다. 이러한 구성 요소들은 또한 상반신 통신에 필요한 미세한 이득 및 위상 제어를 제공하여 위에 표시된 Renesas 구성 요소와 경쟁력을 갖추고 있습니다. AWMF-0139에 이상적인 애플리케이션은 5G 및 기타 무선 기술을 위한 MIMO 시스템을 포함합니다.

Peregrine Semiconductor, PE19601

Peregrine Semiconductor의 PE19601 빔포밍 컨트롤러는 빔포밍이 필요한 X-밴드 레이더 애플리케이션(8-12 GHz)에 이상적입니다(예: 새 차량의 단거리 레이더). 이 구성 요소는 10비트 정확도로 제어되는 위상 변화와 함께 통합 증폭 기능을 제공하며 높은 선형성(OIP3 +40 dBm)을 제공합니다. 각 안테나 피드라인 출력 사이의 격리도 또한 매우 높습니다(50 dB).

위상 배열 빔포밍을 위한 기타 구성 요소들

RF 프론트 엔드는 이전보다 더 많은 통합을 보이고 있으며, 그 주파수도 이전보다 더 높습니다. 위상 배열 빔포밍 제어 및 수신으로 보드를 설계할 때 시스템에 필요한 다른 구성 요소들은 다음과 같습니다:

• RF 전력 증폭기

• RF 안테나

• 매칭 네트워크용 패시브

• RF 트랜시버

위상 배열 빔포밍 컨트롤러 구성 요소 덕분에 빔포밍이 더 쉬워지고 있습니다. 다음 RF/무선 제품을 위한 새로운 빔포밍 구성 요소를 찾을 때, Octopart의 고급 검색 및 필터링 기능을 사용해 보세요. Octopart는 전자 부품 소싱 및 공급망 관리를 위한 완벽한 솔루션을 제공합니다. 필요한 구성 요소를 검색하기 시작하려면 통합 RF 반도체 페이지를 확인하세요.

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