꽂기만 하면... RF 장치 도달거리와 재전송 횟수 줄이는 방법
꽂기만 하면... RF 장치 도달거리와 재전송 횟수 줄이는 방법
  • 김주연 기자
  • 승인 2019.12.19 11:17
  • 댓글 0
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노르딕세미컨덕터, 자사 단거리 무선 SoC 지원하는 RF FEM 출시
노르딕세미컨덕터가 자사 단거리 무선 RF SoC를 보완하는 RF FEM 'nRF21540'을 출시했다./노르딕세미컨덕터
노르딕세미컨덕터가 자사 단거리 무선 RF SoC를 보완하는 RF FEM 'nRF21540'을 출시했다./노르딕세미컨덕터

모뎀만 있다고 무선통신(RF) 장치를 만들 수 있는 건 아니다. 끝단에서 신호를 주고받는 안테나와 이를 RF 모뎀이 읽어낼 수 있는 신호로 바꿔주는 RF 프론트엔드모듈(FEM)이 필수다.

노르딕세미컨덕터(지사장 최수철)는 자사의 첫 번째 전력 증폭기(PA) 및 저잡음 증폭기(LNA) 등이 담긴 RF FEM 'nRF21540'을 출시했다고 19일 밝혔다.

이 제품은 노르딕의 nRF52 및 nRF53 시리즈 단거리 멀티프로토콜 시스템온칩(SoC)을 보완하기 위해 개발됐다. 

내부 PA는 최대 +21dBm까지 조정 가능한 TX 파워를 제공하며, 저잡음 증폭기는 +13dB의 RX 게인을 지원한다. LNA는 2.5dB에 불과한 낮은 노이즈 지수(NF)를 갖추고 있어 노르딕의 블루투스 5(Bluetooth 5) 및 블루투스저전력(BLE), 스레드(Thread), 지그비(Zigbee), 2.4㎓ RF 저전력 무선 솔루션의 수신감도를 향상시킨다. 

예를 들어 nRF21540 프론트 엔드 모듈을 1Mbps로 블루투스 LE를 실행하는 nRF52840 SoC와 함께 사용하면 5dBm까지 수신감도를 향상시킬 수 있다. 출력 파워가 증가하면 연결 링크 버짓은 18dBm까지 늘어나게 된다. +8dBm 미만의 TX 파워를 내장한 다른 디바이스의 경우 성능을 더 크게 개선할 수 있다. 

연결 링크 버짓이 증가하면, 도달거리가 크게 향상되고 오류 패키지로 인한 재전송 횟수도 줄어든다. 

따라서 nRF21540을 사용하면 도달거리 향상 또는 강력한 커버리지를 필요로 하는 시스템에 유용한 추가 기능을 제공할 수 있다. 특히 자산추적, 오디오, 스마트 홈, 산업용 애플리케이션에 적합하다.

nRF21540 프론트 엔드 모듈은 플러그&플레이 타입으로, 노르딕 SoC의 안테나 출력과 연결된다. 안테나 다이버시티(Antenna Diversity) 기능을 활성화할 수 있도록 두 개의 추가 안테나 포트를 갖추고 있다. 

게인 컨트롤, 안테나 스위칭, 파워 모드는 GPIO나 SPI, 또는 두 포트를 모두 사용해 제어할 수 있다.

다른 무선 제품과도 함께 사용할 수 있지만 노르딕의 nRF5 SDK, 스레드 및 지그비용 nRF5 SDK, nRF Connect SDK의 향후 발표될 버전에 드라이버 지원이 포함될 예정이기 때문에 노르딕의 SoC와 사용하는 것이 훨씬 더 용이하다.

nRF21540의 TX 파워는 조정 가능하며, 출력 파워는 21dBm까지 작은 단위로 나눠 설정할 수 있다. 이를 통해 모든 지역 및 동작 조건에 따라 1dBm의 허용범위 내에서 출력 파워를 설계할 수 있다. 

사용 중에도 현재의 연결 요구사항을 고려하여 SoC에서 파워 설정을 동적으로 제어할 수 있다. 예를 들어 RSSI(Received Signal Strength Indication) 및 다른 파라미터들을 모니터링해 특정 연결에 필요한 전력 요건을 결정하고 TX 파워를 올리거나 낮춰서 전력소모를 관리한다.

또 온도로 인한 모든 변화에 대응할 수 있어 출력 파워를 원하는 수준으로 안정화시킬 수 있다.

'nRF21540'은 1.7~3.6V의 공급전압 범위에서 동작하며, +20dBm로 튜닝된 경우 TX에서 115mA, RX 모드에서 4.1mA, 전원차단 모드에서는 30㎁의 경쟁력있는 전력 성능을 제공한다. 

영하 40℃~영상 105℃ 범위에서 동작하며 4x4㎜ QFN16 패키지로 공급된다. 온도 인증을 획득했으며 전문조명 등에서 고온을 지원하는 nRF52833 및 nRF5340을 보완할 수 있다. 

노르딕은 nRF21540 IC 출시를 보완하기 위해 연구실 장비를 사용해 RF FEM의 성능을 평가하거나 nRF52 시리즈 디바이스 기반의 실제 애플리케이션 성능을 평가할 수 있는 개발 보드를 제공한다.

키에틸 홀스타드(Kjetil Holstad) 노르딕 세미컨덕터의 제품관리 디렉터는 “프론트 엔드 모듈이 무선 성능의 다른 기능을 손상시키거나 배터리 수명에 큰 영향을 미쳐서는 안된다"며 "노르딕의 엔지니어링 팀은 수십 년 동안 저전력 무선 설계에 대한 경험을 바탕으로 전체 부품비용(BOM) 및 보드공간에 대한 영향을 최소화하는 크기와 비용으로 노르딕의 첨단 멀티프로토콜 SoC를 완벽하게 보완하고, 최적화할 수 있는 경쟁력있는 RF 프론트 엔드 모듈을 설계했다”고 말했다.


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