새로운 차동 잡음 지수 측정 방식으로 고주파, 고대역폭 애플리케이션에 대응하기

2018-10-10
글 | 안리쓰 코퍼레이션(Anritsu Corporation Ltd.) / www.anritsu.com



엔지니어는 수년간 잡음지수 측정의 중요성을 인식해왔지만 정확한 잡음지수 분석은 갈수록 더욱 중요해지고 있다. 설계 단계의 정확도는 향상된 구성 요소 성능을 구축하는 데 도움이 된다. 이러한 구성 요소 개선을 통해 엔지니어는 시스템 성능을 최적화하여 보다 차별화된 제품 차별화와 보다 예측 가능한 개발을 통해 출시 시간을 단축할 수 있다.


5G 및 첨단화된 무선과 같은 설계들의 높은 대역폭 및 주파수는 향상된 감도 및 낮은 잡음의 차동 회로 및 장치를 필요로 한다. 차동 구성 요소를 확인하는 것과 관련된 오류가 크게 줄어들기 때문이다. 하지만 엔지니어가 2포트, 3포트 및 4포트 장치의 잡음 지수 성능을 효율적으로 특성화하는 데 필요한 정확성을 제공하지 않아 기존의 잡음 지수 측정 방법은 더 이상 적합하지 않다.

전용 소프트웨어를 사용하는 새로운 프로세스는 이 같은 고민을 해결해 준다. VectorStar™ 벡터 네트워크 분석기(VNA)에 있는 안리쓰 비선형 전송 라인(Nonlinear Transmission Line : NLTL) 샘플링 기술의 이점을 활용할 수 있다. 이 옵션은 70kHz ~ 20GHz, 40GHz, 70GHz 및 110GHz에서 작동하는 VectorStar 모델(그림 1)에서 사용할 수 있다.



잡음 지수(Noise Figure) 측정의 중요성


엔지니어는 수년간 잡음지수 측정의 중요성을 인식해왔지만 정확한 잡음지수 분석은 갈수록 더욱 중요해지고 있다. 설계 단계의 정확도는 향상된 구성 요소 성능을 구축하는 데 도움이 된다. 이러한 구성 요소 개선을 통해 엔지니어는 시스템 성능을 최적화하여 보다 차별화된 제품 차별화와 보다 예측 가능한 개발을 통해 출시 시간을 단축할 수 있다. 생산 시 잡음 지수 성능 향상 또한 중요하다. 더 나은 잡음 지수 정확도는 보다 엄격한 사양을 위한 측정 가드 대역을 감소시킬 수 있으므로 기업에 경쟁 우위를 제공한다. 또한 수율을 높이고 처리량(throughput)을 늘리며 전반적인 테스트 비용을 낮출 수 있다.

과거 엔지니어들은 일반적으로 두 가지 방법 중 하나를 사용하여 차동 잡음 지수를 예측했다. 먼저, 한 가지 접근 방법은 단일 종단 형 잡음 지수 측정을 수행하고 차동 증폭기(amplifier) 내에서 상호 관련 노이즈 동작을 최소화하는 것이다. 또 다른 기법은 발룬(balun)을 사용하여 차동 출력을 단일 종단 형 측정으로 결합하는 것이다.

결합기(combiner) 불균형을 설명하기 위해 sNp 파일을 사용하여 경로 손실을 간단하게 제거할 수 있다. 발룬(balun) 방식은 잡음 상관에 대한 불완전함을 놓칠 수 있으며 DUT의 다중 모드 동작을 이해하지 못한다. 필요한 것은 차동 증폭기의 상관 동작을 분석하고 DUT 동작을 보다 선명하게 보여주는 새로운 기술이다.

VNA의 장점

VectorStar와 같은 VNA는 일반적으로 엔지니어가 잡음 지수 측정을 수행할 때 사용된다. VectorStar 플랫폼의 고유한 장점은 차동 잡음 지수 측정을 수행할 때 이점을 제공한다는 것이다. NLTL 기술은 안정성이 뛰어나고 넓은 주파수 범위에서 측정을 수행할 수 있는 매우 넓은 RF 샘플러 대역폭 및 모든 주파수 범위에서 100dB 이상의 다이내믹레인지를 제공한다.

VectorStar VNA는 또한 콜드 소스 잡음 지수 측정 방법을 통합한다. 콜드-소스는 멀티-스테이트(여러 구역에 걸친) 잡음 소스의 필요성을 없애기 위해 개발되었기 때문에, 보다 간단하고 제어 가능한 잡음 소스(실온에서의 종단)가 가능해졌다. 콜드-소스 방법은 Y 인자 잡음 소스 방법에서 일반적으로 발견되는 불일치 오류를 최소화한다.

새로운 차동 잡음 지수 접근법

새로운 차동 소음 수치 옵션은 VectorStar 솔루션의 2포트 싱글 엔드 소음 수치 측정 기능을 향상시키며 VNA가 다양한 단일 엔드, 차등 및 공통 모드 작동으로 3-포트 및 4-포트 장치를 측정할 수 있게 해준다. VectorStar VNA에는 아키텍처의 핵심 요소인 긴밀히 연결된(coherent) 수신기가 포함되어 있기 때문에 새로운 잡음 수치 옵션을 사용하면 하드웨어 옵션을 추가하지 않고도 2포트 및 멀티 포트 장치의 보정을 통해 상호 연관된 잡음 분석을 보다 정확하게 수행할 수 있다.

VectorStar VNA는 차동 잡음 지수 측정을 수행할 때 3가지 접근 방식을 제공한다. 각각에는 고유한 고려 사항이 있다.



Uncorrelated (그림 2) -
이 방법을 사용하면 차동 장치가 두 개의 단일 종단 형 잡음 생성기(generator)로 취급되며 두 채널 모두에서 측정된다. 두 측정값의 평균이 최종 결과이다. 이 방법은 이중 측정에 대한 절연 문제가 거의 없거나 전혀 없는 경우 장치를 특성화하기 위해 허용 가능한 결과를 제공할 수 있다.

그러나 상호 상관 및 격리 문제가 있는 경우 정확성에 영향을 줄 수 있는 불확실성이 측정에 도입된다.

Combiner (그림 3) - 두 번째 방법은 발룬을 사용한다. 엔지니어가 이전에 수행한 것처럼 발룬은 발룬 불균형을 정량화하고 제거하기 위해 sNp 파일을 사용하여 디임베드된다. 그러나 경로 손실을 간단히 보정하는 것 외에도 새로운 VectorStar 기술은 공통 모드 크로스 오버 및 발룬의 상관 관계를 분석하여 차동 잡음 수치 분석을 향상시킨다.

이 기술은 엔지니어가 동일한 발룬을 포함할 수 있는 기회를 제공한다. 이전에 이 기법의 유효성 검사에 사용되었다. 다음 방법은 발룬의 사용을 필요로 하지 않기 때문에, 결합기 방법은 차동 장치의 잡음 지수를 정확하게 분석하기 위해 선호하지는 않을 것으로 보인다.

Correlated (그림 4) - 이 과정에서 VectorStar VNA는 측정 시스템에 있는 상관된 잡음 전력을 식별하고 특성화하며 발룬이 필요 없는 상관 방법을 사용한다. 차동 잡음 지수 S/W를 통해 고유한 VectorStar 상관 기술을 사용하여 차동 출력에 나타나는 상관된 노이즈를 식별하고 추출하여 오류의 원인을 피할 수 있다.

상관 및 비 상관 잡음의 측정 분석은 새로운 차동 잡음 지수 기술로 수행할 수 있다. 차동 장치의 부적절한 특성화로 이어지는 DUT 출력 포트 간의 상관 관계를 무시하는 단일 종단 기술만 제공하는 기존 방식보다 우수한 방법이다. 그 결과 최적의 제품 성능, 출시 시간 단축 및 테스트 비용 절감으로 이어질 수 있는 실제 장치 성능을 보다 포괄적으로 특성화할 수 있다.
 

<저작권자©스마트앤컴퍼니. 무단전재-재배포금지>


100자평 쓰기