노르딕 세미컨덕터, 단거리 무선 도달거리 확장시키는 RF 프론트 엔드 모듈 출시-아이씨엔매거진

초저전력 무선 솔루션 분야의 세계적인 선도기업인 노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor, 한국지사장: 최수철)가 자사의 첫 번째 전력 증폭기(PA: Power Amplifier) 및 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier) 제품인 nRF21540TM RF 프론트 엔드 모듈(FEM: Front End Module)을 출시했다.

nRF21540 프론트 엔드 모듈은 노르딕의 nRF52 및 nRF53 시리즈 멀티프로토콜 SoC(System-on-Chip)를 완벽하게 보완하기 위해 개발되었다. 이 RF 프론트 엔드 모듈의 전력 증폭기는 최대 +21dBm까지 조정 가능한 TX 파워를 제공하며, 저잡음 증폭기는 +13dB의 RX 게인을 지원한다.

또한 이 저잡음 증폭기는 2.5dB에 불과한 낮은 노이즈 지수(NF)를 갖추고 있어 노르딕의 블루투스 5(Bluetooth® 5) 및 블루투스 LE(Bluetooth Low Energy), 스레드(Thread), 지그비(Zigbee), 2.4GHz 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 증가함에 따라 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 모든 애플리케이션에 유용한 추가 기능을 제공할 수 있다. 특히 자산추적, 오디오, 스마트 홈, 산업용 애플리케이션에 적합하다.

nRF21540 프론트 엔드 모듈은 노르딕의 단거리 무선 SoC와 함께 사용할 수 있는 플러그&플레이 타입의 보완 디바이스이다. nRF21540은 노르딕 SoC의 안테나 출력과 연결되며, 안테나 다이버시티(Antenna Diversity) 기능을 활성화할 수 있도록 두 개의 추가 안테나 포트를 갖추고 있다. 이 디바이스의 게인 컨트롤, 안테나 스위칭, 파워 모드는 GPIO나 SPI, 또는 두 포트를 모두 사용하여 제어할 수 있다.

이 디바이스는 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 다양하게 조정이 가능하며, 출력 파워는 21dBm까지 작은 단위로 증분하여 설정할 수 있다. 이를 통해 모든 지역 및 동작 조건에 따라 1dBm의 허용범위 내에서 출력 파워를 설계할 수 있다. 또한 사용 중에도 현재의 연결 요구사항을 고려하여 SoC에서 파워 설정을 동적으로 제어할 수 있다.

예를 들어, RSSI(Received Signal Strength Indication) 및 다른 파라미터들을 모니터링하여 특정 연결에 필요한 전력 요건을 결정하고, TX 파워를 올리거나 낮춰서 전력소모를 관리할 수 있다. 또한 온도로 인한 모든 변화에 대응할 수 있어 출력 파워를 원하는 수준으로 안정화 시킬 수 있다.

노르딕 nRF21540 evaluation board — nRF21540 evaluation board

nRF21540은 1.7V ~ 3.6V의 공급전압 범위에서 동작하며, +20dBm로 튜닝된 경우 TX에서 115mA, RX 모드에서 4.1mA, 전원차단 모드에서는 30nA의 경쟁력있는 전력 성능을 제공한다. 이 디바이스는 -40°C ~ 105°C 범위에서 동작온도 인증을 획득했으며, 전문조명 등과 같은 애플리케이션에서 노르딕의 고온을 지원하는 nRF52833 및 nRF5340을 보완할 수 있다.

이 칩은 4x4mm QFN16 패키지로 공급된다. 노르딕은 nRF21540 IC 출시를 보완하기 위해 연구실 장비를 사용하여 RF 프론트 엔드 모듈의 성능을 평가하거나 nRF52 시리즈 디바이스 기반의 실제 애플리케이션 성능을 평가할 수 있는 개발 보드를 제공한다.