스마트폰, 태블릿 등 휴대기기는 5G, Wi-Fi, 위성통신 등 다양한 RF 기술을 기반으로 연결되고 있다. 이에 따라 RF 제품 수요가 급증하는 가운데, 인피니언의 RF 제품은 시스템의 효율성을 극대화해 빠른 데이터 전송과 높은 전력 효율을 만족할 수 있을 것으로 기대된다.
 
21일 e4ds news가 개최한 EEWebinar에서 인피니언 코리아 전력&센서 시스템 사업부 송경민 이사는 RF 시스템의 개념과 RF 프론트 엔드의 구성 요소 및 동작 원리에 대해 소개했다.
 
‘RF(Radio Frequency)’ 시스템은 무선 주파수를 이용하여 정보를 전송하고 수신하는 시스템으로, 라디오, 텔레비전, 휴대폰, 무선 LAN, 위성 통신 등 다양한 무선 통신 시스템을 구성하는 핵심 기술이다. 무선 통신 시스템은 △디지털 신호를 변·복조하는 모뎀 △디지털 아날로그 신호 변환과 증폭 역할을 하는 트랜시버(RFIC) △신호의 통과 여부를 결정하고 증폭하는 RF 프론트 엔드 △전파 신호를 발신하거나 수신하는 안테나로 구성된다.
 
최근 스마트폰은 다양한 기술을 기반으로 고속 데이터 전송을 지원한다. ‘RX Diversity’ 기술은 동일한 데이터를 2개의 안테나를 통해 동시에 받아서 좀 더 신호 품질이 우수한, 즉 높은 SNR 신호를 선택하는 방법이다. SNR은 신호가 잡음에 비해 강하다는 뜻이다.
 
또한 다운링크 스피드(Througput)를 높일 수 있는 ‘MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)’ 기술도 있다. MIMO는 어느 정도 신호의 품질이 보장되는 경우, 4개의 안테나 앱을 통해 동시에 다른 데이터를 수신함으로써 다운링크의 속도를 향상시키는 방법이다.
 
글로벌에서 쓰이는 스마트폰에는 2G부터 5G까지 대략 30개가 넘는 주파수 밴드를 지원한다. 송 이사는 “스마트폰은 복잡한 RF 프론트엔드를 가지는데, RF 모듈은 필터, RF 스위치 증폭기 등 기본 요소로 구현되므로 각 기본 구성요소의 원리를 이해하는 것이 가장 중요하다”고 말했다.
 
이번 인피니언 웨비나에서는 ‘RF 프론트엔드(RFFE)’의 핵심 요소 중 RF 스위치와 LNA 기능에 대해 다뤘다. RFFE는 트랜시버와 안테나 사이에서 RF 신호를 전송하고 처리하는 과정으로 스마트폰, 노트북, 태블릿, IoT 기기 등 무선 통신을 지원하는 모든 기기에 탑재된다. 송 이사는 “RFFE를 구성을 위한 RF 제품 선정 시 안정적인 무선 연결을 위해 원하는 주파수 대역에서는 최고의 성능을 가진 제품을 우선적으로 고려해야 한다”고 말했다.
 
기본적으로 RFFE는 필터, RF 스위치, 저잡음 증폭기(LNA), 전력 증폭기(PA) 등의 기본 요소로 구성된다. 필터는 원하는 주파수 대역의 신호를 선택하고, 다른 주파수 대역의 신호를 차단한다. RF 스위치는 여러 RF 채널 사이에서 신호의 경로를 제어하는 역할을 한다.
 
특히 RFFE의 핵심요소인 ‘LNA(Low Noise Amplifier, 저잡음 증폭기)’는 안테나를 통해 수신된 작은 신호를 알맞은 크기로 증폭하는 역할을 한다. 이는 수신단의 증폭기가 최대한 노이즈를 적게 발생시키면서 수신 신호를 수신단이 처리할 수 있도록 증폭하게끔 설계된다. 노이즈에는 여러 잡음이 섞여 원하는 신호만 잡는 일은 쉽지 않아 전체 시스템의 노이즈 Figure를 개선해야 하며, 이때 수신부 초단의 LNA 역할이 중요하다.
 
LNA의 주요 파라미터에는 손실과 이득(Gain), 잡음 특성, 선형성 등이 있다. 송 이사는 “적절한 주파수 대역과 대역폭에서 이러한 파라미터는 전체 RF 시스템의 성능, 민감도, 동적 범위 등을 결정한다”고 설명했다.
 
LNA는 비선형이기 때문에 고주파 및 변조 왜곡으로 인해 수신된 신호가 손상되고 원래 신호로 복제하는 것이 어려워지므로 전체 RF 시스템에서 안정적인 무선 연결을 위해 고성능 제품이 고려돼야 한다는 설명이다.
 
예컨대 라디오 방송처럼 단방향 통신으로 위성에서 내려오는 신호를 수신하는 경우, 약 2만 킬로 떨어진 위성으로부터 미약한 신호를 수신해야 하기 때문에 주변 노이즈의 간섭을 받지 않도록 하기 위해 LNA가 중요하다.
 
송 이사는 “인피니언은 다양한 어플리케이션과 주파수 대역에 따라 많은 종류의 LNA를 갖추고 있다”고 소개했다. 주요 LNA에는 이득을 ON/OFF 하거나, Bypass mode를 지원하거나, 여러 개의 LNA를 통합한 모듈 형태의 뱅크(Bank) 제품 등이 있다.
 
이외에 인피니언은 전력, 입출력 포트 수에 따라 다양한 RF 스위치 제품을 제공하고 있다. 또한 인피니언은 안테나 튜닝 스위치 제품도 로드맵도 제공한다. 송 이사는 “안테나 튜닝 스위치는 안테나의 종류와 특성에 맞게 선택돼야 하며, 인피니언은 안테나 랩을 통해 안테나 관련 최적의 솔루션과 기술 지원을 함께 제공하고 있다”고 덧붙였다.