닫기

기획특집

[심층기획-5G] AIoT 및 5G의 클로킹 요구 충족

  • 등록 2019.11.04 11:11:21
URL복사

[첨단 헬로티]



통신 네트워크가 계속해서 더 높은 속도로 진화함에 따라서 클로킹과 타이밍 요구 또한 높아지고 있다. 더 높은 네트워크 대역폭을 지원하기 위해서는 낮은 지터 및 낮은 위상 잡음과 더불어서 엄격한 타이밍 동기화가 필요하다. 타이밍 부품을 합리적인 가격대로 크기를 작게 하면서도 더 많은 기능을 통합하고 외부적으로 필요로 하는 부품을 줄일 수 있어야 한다.


빠르게 부상하는 2개 애플리케이션이 타이밍 기술에 대한 요구를 높이고 있다. AIoT(인공 지능과 IoT의 결합)와 5G 모바일 네트워크이다. 이들 각각의 애플리케이션으로 타이밍 요구를 살펴보자.


AIoT로 향상된 타이밍 솔루션 요구

AIoT 기술을 사용해서 IoT 센서로부터 데이터를 실시간 으로 처리할 수 있다. 그러므로 특히 낮은 지연시간을 요구하는 경우에 유용하다. AIoT는 데이터 프로세싱을 중앙의 데이터 센터가 아니라 네트워크 에지 상에서 처리하는 새로운 컴퓨팅 플랫폼으로 전환하고 있다. 에지 컴퓨 팅을 위해서는 지연시간이 낮은 IoT 라우터, 서버, 스토리지 플랫폼, 전문적인 M2M(machine-to-machine) 워크로드 가속화기가 필요하다. 이들 애플리케이션을 위해 서는 클록 합성 및 분배를 위해서 유연한 클록 생성기, 프로그래머블 오실레이터, 스큐/지터가 낮은 클록 버퍼가 필요하다.


산업용 IoT 애플리케이션으로 센서와 머신 비전 시스템으 로부터 갈수록 더 많은 양의 데이터가 생성되고 있으며 이러한 데이터를 이더넷 네트워크를 통해서 분배한다. 마찬 가지로 자율 운전을 위해서 센서 네트워크의 사용과 실시간 데이터 프로세싱이 크게 증가하고 있다. 이러한 모든 애플리케이션을 지원하기 위해서 갈수록 더 높은 대역폭과더 많은 데이터 프로세싱이 요구되고 있으며, 이러한 요구를 충족하기 위해서는 고성능 타이밍 솔루션이 필요하다.


5G로 더 엄격한 동기화 요구

전세계적으로 새로운 5G 서비스들이 시작됨에 따라서 더많은 사용자들이 더 빠르게 더 높은 대역폭으로 모바일 접속을 할 수 있게 되었다. 5G는 셀 타워들 간에 더 잘 제어할 수 있으므로 통화 품질을 향상시키고 통화 끊김을 최소 화할 수 있다.

새로운 5G 서비스를 위해서는 더 높은 성능으로 지연시 간이 낮은 무선 액세스 네트워크(RAN)가 필요하다. 타이 밍 측면에서 5G RAN은 셀 타워나 기지국 타워들 사이에더 엄격한 동기화를 필요로 하므로 더 향상된 타이밍 솔루 션을 필요로 한다.


스마트 홈이나 산업용 IoT 애플리케이션을 위해서는 5G 기술이 필요하며, 5G를 사용함으로써 현재보다 훨씬 더많은 디바이스들을 인터넷으로 연결할 수 있다. 그러므로 앞으로 5G 네트워크를 통해서 전송되는 데이터 양이 급격히 늘어날 것이다. 이러한 데이터의 상당 부분이 클라 우드에 저장될 것이므로, 통신 네트워크를 통해서 중앙의 데이터 센터로 갈수록 더 높은 대역폭이 요구될 것이다.



클로킹 솔루션을 선택할 때 고려사항

AIoT 및 5G 애플리케이션의 요구를 충족하기 위해서는 시스템 엔지니어가 클록 IC를 선택하거나 클록 트리를 설계할 때 다음과 같은 여러 가지 요인들을 고려해야 한다.


• 무엇보다도 중요한 것은 레퍼런스 클록의 성능이다. 통신 링크 품질에 직접적으로 영향을 미치기 때문이다.

유선/무선 전송의 품질을 보장하기 위해서는 시스템이 필요로 하는 것에 비해서 지터나 위상 잡음 마진이 충분한 클로킹 솔루션을 선택하는 것이 좋다.

• 또 다른 고려사항은 누화이다. 전체적인 시스템으로 필요로 하는 레퍼런스 클로킹을 제공하기 위해서 흔히 다중의 비정수(non-integer) 주파수가 필요하기 때문이 다. 가장 간단한 방법은 다중의 크리스털 오실레이터를 사용하는 것이다. 하지만 BOM 비용과 복잡성을 낮추기 위해서는 좀더 통합적인 솔루션을 사용하는 것이 나을 수 있다. 이러한 경우에 누화와 간섭을 최소화하도록 클로킹 솔루션을 신중하게 선택해야 한다. 누화는 구성에 따라서 좌우되므로, 주파수들이 새롭게 혼합될 때마다 새로운 문제가 발생될 수 있다.

• 다중의 클록 신호를 필요로 할 때는 통합적인 솔루션을 적절히 활용하는 것이 좋다. 간단한 애플리케이션이라면 한두 개의 기본적인 크리스털 오실레이터를 사용할 수도 있으나, 복잡한 애플리케이션은 더 많은 클록과더 많은 주파수를 필요로 한다. 통합적인 클록 생성기 솔루션은 크기를 줄이고, 비용을 낮추고, 더 간편하게 설계할 수 있다. 하지만 PCB 설계 제약이나 신호 무결 성과 관련해서 긴 트레이스에 걸쳐서 클록 신호를 배선 하기가 어려운 경우에는 다중의 국부적 클록 소스를 사용하는 것이 나을 수 있다.

• 특정 애플리케이션으로 특정한 주파수들을 필요로 할수 있다. 그러므로 적합한 클록을 찾기가 어려울 수 있다. 이럴 때는 주문형 타이밍 솔루션을 사용하는 것이 좋은 방법일 수 있다.


다양한 구성의 타이밍 솔루션 제공

복잡한 AIoT나 5G 애플리케이션으로 타이밍 요구를 충족하기 위해서는 고속 네트워크 및 데이터 센터 용으로 다양한 구성의 클로킹 솔루션을 제공하고 타이밍 기술에 대한 전문성을 갖춘 업체를 선택해야 한다. 실리콘랩스 (Silicon Labs)는 뛰어난 클록 트리 통합과 지터 성능을 특징으로 하는 포괄적인 구성의 제품을 제공하므로, 비용에 민감한 대량수량 디자인과 좀더 까다로운 고성능 애플 리케이션 모두에 단일 IC 솔루션을 사용할 수 있다.


공간이 제약적인 디자인의 경우에는 외부적 타이밍 레퍼 런스를 필요로 하지 않는 솔루션이 좋다. 실리콘랩스는 외부적인 쿼츠 크리스털 레퍼런스를 필요로 하지 않는 다양한 클록 생성기 및 지터 감쇠 클록 제품을 제공하므로, PCB 레이아웃을 간소화하고 전반적인 시스템 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 특히 이들 디바이스 제품은 디스크리트 솔루션에 필요로 하는 넓은 풋프린트를 허용할 수 없는 공간 제약적인 애플리케이션에 사용하기에 적합하다.


산업용 IoT 용으로 실리콘랩스는 저렴한 가격대로 다양한 구성의 크리스털 오실레이터와 클록 생성기 제품을 제공 한다. 또한 자율 운전 애플리케이션 용으로 클록 합성과 분배를 크게 간소화하면서 시스템 차원의 신뢰성을 향상 시키는 새로운 자동차급 타이밍 솔루션을 개발하고 있다.


실리콘랩스는 AIoT 및 5G 애플리케이션의 클록 합성 및타이밍 동기화를 간소화할 수 있는 앞선 타이밍 솔루션 제품들을 내놓고 있다. 우수한 지터 및 위상 잡음 성능에 다수의 기능을 통합함으로써 고객들이 고도로 최적화된 단일칩 솔루션을 사용해서 AIoT 및 5G 도입을 가속화할 수있다.


글 / ▶▶ 제임스 윌슨(James Wilson) 실리콘랩스(Silicon Labs) 타이밍 제품(Timing Products) General Manager







주요파트너/추천기업