컴퓨팅
웨어러블 및 IoT 기기 성능을 향상시키는 새로운 5G 수신기 칩 세트
MIT 연구원들은 더 작은 5G 스마트 기기를 위한 소형 저전력 수신기 칩을 설계했으며 이를 통해 다음과 같은 이점을 약속했습니다. 더욱 효율적이고 기능적으로 만들어줍니다.
이 수신기는 간섭에 대한 뛰어난 복원력을 보여줍니다. 이 새로운 칩은 기존 무선 수신기보다 고조파 간섭에 대한 복원력이 최대 30배 더 뛰어납니다.
또한, 이 칩은 배터리 수명을 늘려 기기의 수명을 연장할 수 있습니다. 따라서 이 새로운 수신기는 배터리 구동 방식에 적합합니다. 사물의 인터넷 IOT () 스마트 온도 조절 장치, 환경 센서, 스마트 카메라, 산업용 모니터링 센서, 장시간 작동이 필요한 웨어러블 기기와 같은 장치입니다.
수신기의 핵심적인 혁신 설계와 수동 필터링 메커니즘은 장치의 정적 전력 소모를 1밀리와트(1와트의 1,000분의 1) 미만으로 줄여줍니다. 이는 에너지를 절약할 뿐만 아니라, 수신기 증폭기의 입력과 출력을 원치 않는 신호로부터 보호하여 장치 간섭을 방지합니다.
연구진이 시도한 또 다른 혁신적인 접근법은 미리 충전된 적층 커패시터의 새로운 배열을 포함합니다. 이 커패시터들은 작은 스위치 네트워크로 연결되어 있는데, 이 스위치들은 IoT 수신기에 일반적으로 사용되는 스위치보다 훨씬 적은 전력으로 켜고 끌 수 있습니다.
수신기의 증폭기와 커패시터 네트워크는 모두 증폭 현상을 이용하도록 주의 깊게 배열되어 있으며, 이를 통해 칩은 일반적으로 필요한 것보다 훨씬 작은 커패시터를 사용할 수 있습니다.
이 논문의 주저자인 MIT 전기공학 및 컴퓨터 과학(EECS) 대학원생 소루쉬 아라에이는 "이것은 웨어러블 기기와 센서와 같은 스마트 기기를 더 작게 만들 수 있으면서도 배터리 수명을 늘릴 수 있다는 것을 의미한다"고 언급했습니다.
더욱이 이러한 장치는 스마트 시티 네트워크나 공장 현장처럼 무선 통신이 혼잡한 환경에서 더욱 안정적일 것입니다. 전반적으로 "이 수신기는 IoT 기기의 기능을 확장하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 Araei는 말했습니다.
새로운 수신기 설계에 관한 논문은 "IoT 애플리케이션을 위한 클록 부트스트래핑을 갖춘 고조파 억제 이득 증폭 N-경로 수신기, 최근 IEEE 무선 주파수 집적 회로 심포지엄에서 발표되었습니다.
수신기 재고
IoT 기기에서 수신기는 기기와 환경 사이의 중개자 역할을 합니다.
이 구성 요소의 역할은 다른 장치나 센서에서 전송되는 무선 신호를 감지 및 증폭하고, 노이즈와 간섭을 필터링한 후, 해당 신호를 디지털 데이터로 변환하여 처리하는 것입니다. 따라서 수신기는 IoT 기기의 연결성과 배터리 수명에 상당한 영향을 미칩니다.
수신기 설계 시 핵심은 저전력 동작과 소형화입니다. 다양한 배터리 구동 IoT 기기에 적합할 만큼 작고 가벼워야 합니다. 더 넓은 적용 범위를 위한 비용 효율성 외에도, 수신기는 다양한 통신 표준 및 프로토콜과 호환되어야 하며, 혼잡한 환경에서 원치 않는 신호를 걸러낼 수 있는 높은 선택도를 가져야 합니다.
일반적으로 IoT 수신기는 고정 주파수에서 작동하며, 간단하고 저렴한 단일 협대역 필터를 사용하여 잡음을 억제합니다. 효과적이기는 하지만, 최신 기술 발전에는 적합하지 않습니다.
5세대(XNUMXG) 셀룰러 네트워크 기술의 등장으로 이전 세대에 비해 속도가 더 빨라지고, 지연 시간이 짧아지고, 용량이 증가했습니다.
5G는 에너지 효율이 높고 저렴한 저성능 기기를 가능하게 함으로써 혁신적인 IoT 애플리케이션의 문을 열고 있습니다. 즉, 차세대 IoT 기기는 경제성과 에너지 효율을 동시에 확보하면서 넓은 주파수 범위에서 작동할 수 있는 수신기가 필요하다는 것을 의미하는데, 이는 "매우 어려운" 과제입니다.
Araei는 다음과 같이 설명했습니다.
"이제 우리는 수신기의 전력과 비용뿐만 아니라 환경에 존재하는 수많은 간섭 요인을 처리할 수 있는 유연성도 고려해야 합니다."
즉, 엔지니어는 IoT 기기의 비용, 크기, 전력 소비를 줄이기 위해 일반적으로 넓은 주파수 범위에서 작동하는 기기에 사용되는 부피가 큰 칩 외부 필터에 의존할 수 없습니다.
원치 않는 신호를 필터링할 수 있는 기능을 갖춘 온 커패시터 네트워크가 해결책을 제공하지만, 이 네트워크는 고조파 간섭이라는 특수한 종류의 노이즈에 취약한데, 연구팀은 이 문제를 몇 년 전에 해결했습니다.
MIT 연구진은 2023년에 발표한 이전 논문에서 새로운 수신 칩의 기초를 마련했습니다.
당시 그들은 수신기 체인 초기에 원치 않는 고조파 신호를 처리하기 위해 스위치 커패시터 네트워크를 구축했습니다. 잡음은 증폭되어 디지털 비트로 변환되기 전에 필터링되어 제거되었습니다.
신호 간섭으로 인해 장치 성능이 저하되고 배터리가 소모되는 상황에서, 원치 않는 신호를 효율적으로 차단할 수 있는 장치를 설계하는 데 중점을 두고 있습니다. 이 작업은 특히 어렵고, 이미 개발 중인 5G 네트워크와 차세대 무선 통신 시스템의 광범위한 도입으로 인해 더욱 어려워지고 있습니다.
연구진은 다양한 신호를 차단하기 위해 크고 값비싼 필터가 필요 없도록, 성능에 영향을 주지 않고 입력에서 잡음을 차단하는 회로 아키텍처를 개발했습니다.
"우리는 5G와 차세대 무선 통신 시스템의 요구 사항을 충족하는 전자 회로와 시스템을 개발하는 데 관심이 있습니다."
– 당시 EECS의 X-Window Consortium 경력 개발 조교수였던 Negar Reiskarimian 수석 저자
이 수신기는 신호 처리에 잡음을 더하지 않고도 고전력 간섭을 차단했습니다. 이 칩은 추가 하드웨어나 회로 없이도 많은 광대역 수신기보다 조화 간섭 차단 성능이 약 40배 향상되어 대량 생산이 용이해졌습니다.
마이크로시스템 기술 연구소의 핵심 교수이기도 한 라이스카리미안에 따르면,
"저희는 회로를 설계할 때 디지털 신호 처리나 응용 전자기학과 같은 다른 분야에서 영감을 얻습니다. 회로의 우아함과 단순함을 중시하며, 추가적인 전력이나 칩 면적이 필요하지 않은 다기능 하드웨어를 개발하기 위해 노력합니다."
칩의 엔지니어링 우아함
MIT 연구진은 믹서 우선 아키텍처를 사용하여 수신기 칩을 개발했습니다. 이 아키텍처에서는 무선 주파수(RF) 신호가 장치에 수신되면 저주파 신호로 변환된 후 변환기로 전달됩니다.
이를 통해 작동 주파수에 가까운 노이즈를 필터링하는 동시에 넓은 주파수 범위를 커버할 수 있습니다. 그러나 믹서 중심 방식의 수신기는 고조파 간섭에 취약합니다.
고조파 간섭은 장치의 작동 주파수보다 높은 주파수의 신호에서 발생합니다. 이러한 주파수는 변환 과정에서 원래 신호와 구별하기 어려울 수 있습니다.
"다른 많은 광대역 수신기들은 비트의 의미를 파악하기 전까지는 고조파에 대해 아무런 조치도 취하지 않습니다. 체인 후반부에서 이를 수행하지만, 고조파 주파수에 고전력 신호가 있는 경우에는 이 방법이 효과적이지 않습니다. 대신, 정보 손실을 방지하기 위해 가능한 한 빨리 고조파를 제거하려고 합니다."
– 아라에이
그래서 팀이 한 일은 블록 디지털 필터링을 수행하고 커패시터를 사용하여 아날로그 영역에 적용하는 것이었습니다.
커패시터는 신호가 수신되면 충전되고, 이후 데이터 처리를 위해 해당 전하를 유지하기 위해 꺼집니다.
이러한 커패시터는 여러 가지 방법으로 연결할 수 있습니다. 병렬 연결은 커패시터가 저장된 전하를 교환할 수 있도록 하는 한 가지 방법인데, 이는 고조파 간섭을 해결할 수 있지만 신호 손실로 이어집니다. 또 다른 방법은 커패시터를 적층하는 것이지만, 그 자체로는 고조파 간섭에 대한 복원력을 제공하기에 충분하지 않습니다.
해결책은 커패시터를 매우 정밀한 방식으로 배열하여 장치가 고조파 간섭을 차단하면서도 정보 손실은 없도록 하는 것이었습니다.
전하 공유와 커패시터 적층을 함께 사용하는 방식은 이전에는 시도되지 않았으나, 연구팀은 이를 동시에 적용했을 때 이점이 있음을 발견했습니다. Araei가 지적했듯이, 그들은 "신호 무결성을 유지하고 비용을 절감하면서 추가 하드웨어를 사용하지 않고 믹서 내에서 수동 방식으로 이를 구현하는 방법"까지 찾아냈습니다.
연구자들은 원하는 신호와 고조파 간섭을 동시에 보내는 장치를 테스트한 결과, 해당 칩이 고조파 신호를 효과적으로 차단하면서도 신호 강도는 약간만 감소시키는 것을 발견했습니다.
이 칩은 실제로 이전의 고급 광대역 수신기보다 40배 더 강력한 신호를 처리할 수 있었습니다.
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확장 가능한 에너지 수확 5G 장치를 향해
이번 달의 최신 연구에서 MIT 연구원들은 그들의 접근 방식을 확장했습니다. 그들이 한 것은 스위치-커패시터 네트워크를 음의 이득을 갖는 증폭기의 피드백 경로로 사용한 것입니다. 이 특정 구성은 밀러 효과를 활용합니다.
1920년에 처음으로 이 현상을 설명한 존 밀턴 밀러의 이름을 딴 밀러 효과는 증폭기(약한 전기 신호의 강도를 높이는 전자 부품)의 입력과 출력 사이의 정전 용량(물체가 전하를 저장하는 능력)이 입력에서 더 큰 정전 용량으로 나타나는 상황을 설명합니다.
이 효과 덕분에 작은 커패시터가 훨씬 더 큰 커패시터처럼 작동할 수 있습니다.
"이 기술을 사용하면 물리적으로 큰 구성 요소 없이도 협대역 IoT에 대한 필터링 요구 사항을 충족할 수 있으며, 회로 크기를 크게 줄일 수 있습니다."
– 아라에이
연구자들이 설계한 수신기의 활성 면적은 0.05제곱밀리미터 미만입니다. 연구자들이 극복해야 할 과제 중 하나는 칩의 전체 전원 공급을 0.6V로 낮게 유지하면서 스위치를 구동할 만큼 충분한 전압을 어떻게 적용할 것인가를 결정하는 것이었습니다.
그러나 스위칭에 필요한 전압이 너무 낮으면, 간섭 신호가 존재할 때 이러한 작은 스위치가 실수로 켜졌다 꺼졌다 할 수 있습니다. 이를 위해 연구진은 특수 회로 방식을 활용했습니다.
부트스트랩 클로킹이라는 방법은 기존 클록 부스팅 기술보다 전력과 소자 소모량을 낮추면서도 스위치가 정확하게 작동하도록 제어 전압을 높입니다.
이러한 모든 혁신 기술을 통해 새로운 수신기는 기존 IoT 수신기보다 훨씬 더 많은 고조파 간섭을 차단하면서도 1밀리와트(mW) 미만의 전력을 사용할 수 있습니다. Araei에 따르면,
"저희 칩은 전파를 오염시키지 않아 매우 조용합니다. 이는 저희 스위치가 매우 작기 때문에 안테나에서 누출되는 신호의 양도 매우 적기 때문입니다."
프로토타입 수신기(RX)는 22nm 완전 공핍형 실리콘 온 인슐레이터(FD-SOI) 기술로 구현되었으며, 0.048mm²의 면적과 1.27~5.48mW의 전력을 소모합니다. 이 수신기는 0.25~3GHz 주파수 범위에서 작동하며, 1차/1차 고조파에서 각각 -3dBm/-2dBm의 블로커 3dB 압축점(B5dB)을 달성합니다. 안테나 포트의 국부 발진기(LO) 누설 또한 최신 설계에 비해 우수한 성능을 보이며, 전체 주파수 범위에서 최악의 경우 -73dBm을 기록합니다.
기존 장치보다 크기가 작고, 더 복잡한 전자 장치 대신 미리 충전된 커패시터와 스위치를 사용하기 때문에 수신기를 제작하는 데 비용이 더 저렴할 수 있습니다.
또한, 수신기 설계는 광범위한 신호 주파수를 포괄할 수 있으므로 다양한 기존 및 향후 IoT 기기에 구현할 수 있습니다.
미국 국립과학재단(NSF)의 지원을 받아 연구진은 프로토타입을 개발했으며, 이제 전용 전원 공급 장치 없이도 수신기가 작동할 수 있도록 하는 것을 목표로 하고 있습니다. 칩에 전력을 공급하기 위해 주변 환경의 블루투스나 Wi-Fi 신호를 활용하는 방안을 검토할 수 있습니다.
아날로그 및 혼합 신호 집적 회로 시장에 대한 투자
이 분야에 투자할 때 가장 눈여겨봐야 할 기업 중 하나는 아날로그 디바이스(Analog Devices)입니다. 아날로그 및 혼합 신호 반도체 분야의 주요 기업인 ADI는 데이터 변환기, 증폭기, 무선 주파수(RF) IC, 엣지 프로세서, 전력 관리 및 기타 센서를 개발합니다. 또한 무선 장치를 위한 에너지 효율적인 아키텍처에도 투자합니다.
아나 로그 디바이스 (ADI )
ADI 주식의 시장 실적을 살펴보면, 현재 $234.68에 거래되고 있으며, 연초 대비 10.46% 상승했습니다. ADI 주가는 244년 넘게 긍정적인 시장 흐름을 이어왔으며, 올해 초에는 $164에 육박하는 사상 최고치를 기록했습니다. 42.5월에는 전체 시장과 함께 $XNUMX까지 폭락했지만, 이후 약 XNUMX%의 상승률을 기록하며 완만한 회복세를 보였습니다.
이에 따라 EPS(TTM)는 3.67, P/E(TTM)는 64.03입니다. 회사는 주주들에게 1.69%의 배당수익률도 제공합니다.
회사 재무 정보를 살펴보면, 아날로그 디바이스는 2.64년 2025월 3일에 마감된 2025 회계연도 3.9분기에 3.3억 XNUMX천만 달러의 매출을 보고했습니다. 모든 최종 시장에서 전년 동기 대비 두 자릿수 성장을 기록한 이 회사는 최근 XNUMX개월 기준으로 XNUMX억 달러의 영업 현금 흐름과 XNUMX억 달러의 자유 현금 흐름을 기록했습니다.
빈센트 로슈 CEO는 "ADI는 2분기 매출과 주당순이익(EPS)을 목표치 상회하는 실적을 달성했습니다."라고 밝혔습니다. "세계적인 무역 변동성 속에서도 ADI의 실적은 지속적인 경기 순환 회복세와 사업 모델의 견고함과 회복력을 보여줍니다. 혁신과 고객 성공을 향한 ADI의 확고한 의지는 AI 중심의 인텔리전트 에지(Intelligent Edge) 분야에서 ADI의 리더십을 지속적으로 확대하고, 단기 및 장기적으로 주주들에게 탁월한 가치를 제공할 수 있도록 합니다."
CFO인 리차드 푸치오에 따르면, 아날로그 디바이스가 지난 분기에 기록한 수요 증가는 다음 분기에도 지속적인 성장에 대한 회사의 전망을 뒷받침하며, "순환적 상승세에 있다"는 회사의 견해를 강화해줍니다.
2025 회계연도 2.75분기 매출은 27.2억 1.23천만 달러, 영업이익률은 XNUMX%를 기록할 것으로 예상됩니다. 주당순이익(EPS)은 약 XNUMX달러로 예상됩니다.
(ADI )
한편, 0.7분기에 회사는 배당금과 자사주 매입을 통해 주주들에게 0.99억 달러를 환원했습니다. 이사회는 주당 18달러의 분기별 현금 배당금 지급을 발표했으며, 배당금은 2025년 XNUMX월 XNUMX일에 지급될 예정입니다.
이번 배당금은 올해 8월에 발표된 21% 증가분을 반영하며, 10년 연속 배당금 증가를 기록했습니다. 동시에, XNUMX억 달러 규모의 자사주를 추가로 매입할 수 있는 권한도 확보했습니다.
"ADI의 탄력적인 사업 모델과 수익성 있는 성장을 이룬 실적 덕분에 장기적으로 주주에게 자유 현금 흐름을 100% 환원할 수 있습니다."
– 로슈
한편, 이번 달에 회사는 혁신과 영향력의 새로운 지평을 정의할 새로운 기회에 투자하는 것을 목표로 ADVentures(ADV)라는 기업 벤처 캐피털(CVC) 펀드를 출시했습니다.
인간 건강, 첨단 시스템 및 로봇 공학, 기후 및 에너지 분야에서 혁신적인 솔루션을 개발하는 신생 아이디어에 초점을 맞출 예정이며, 특히 AI, 컴퓨팅 아키텍처, 새로운 감지 방식, 안전한 연결과 같은 분야에 관심을 가질 예정입니다.
올해 105월, 아날로그 디바이스는 미국 상무부의 지원을 확보했습니다. 상무부는 구속력 없는 계약 XNUMX건을 체결했으며, 이를 통해 최대 XNUMX억 XNUMX만 달러의 직접 자금을 지원하게 됩니다. 이 계약은 미국 반도체 산업 활성화를 위해 제정된 CHIPS 및 과학법(CHIPS and Science Act)의 일환입니다.
인텔리전트 에지에서 혁신을 가능하게 하는 데 중점을 둔 이 투자는 직원 교육과 파트너십을 강화하고 환경적 발자국을 관리하는 데 도움이 될 것입니다.
최신 아날로그 디바이스(ADI) 주식 뉴스 및 개발
맺음말
차세대 IoT 기기가 5G 기술을 활용하려면 수신기가 낮은 전력 소모와 비용으로 광범위한 주파수를 처리할 수 있어야 합니다.
향상된 수신기 기술은 IoT 기기의 연결성을 개선하고 배터리 수명을 늘리며 성능의 안정성을 높여 스마트 홈, 산업 자동화, 헬스케어, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 더욱 광범위한 응용 분야를 가능하게 합니다.
에너지 효율적이고 간섭에 강한 수신기 기술에 대한 수요가 중요해짐에 따라, MIT의 소형 저전력 수신기 설계는 스마트 기기가 더 나은 성능과 향상된 기능을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이를 통해 진정으로 상호 연결된 세상을 위한 더욱 스마트하고 작고 오래 지속되는 웨어러블 및 IoT 기기가 탄생할 수 있습니다!
