블루투스 5 등 저전력 무선 솔루션
수신감도 향상 및 연결 링크 버짓 증가
오류 패키지로 인한 재전송 횟수 줄어들어


노르딕 세미컨덕터는 19일, 전력 증폭기(Power Amplifier; PA)와 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier; LNA)를 내장한 첫 RF 프론트 엔드 모듈(Front End Module; FEM)인 nRF21540 을 출시했다.

nRF21540 FEM은 노르딕의 nRF52 및 nRF53 시리즈 멀티프로토콜 SoC를 보완하기 위해 개발됐다. PA는 최대 +21dBm까지 조정 가능한 TX 파워를 제공하며, LNA는 +13dB의 RX 게인을 지원한다.

LNA는 2.5dB에 불과한 낮은 노이즈 지수를 갖추고 있어 노르딕의 블루투스 5 및 블루투스 LE(Low Energy), 스레드(Thread), 지그비(Zigbee), 2.4GHz RF 저전력 무선 솔루션의 수신감도를 높인다.

nRF21540 FEM을 1Mbps로 블루투스 LE를 실행하는 nRF52840 SoC와 함께 사용하면, 5dBm까지 수신감도를 높일 수 있다. 출력 파워가 증가함에 따라 연결 링크 버짓은 18dBm까지 늘어난다. +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 향상이나 강력한 커버리지를 필요로 하는 모든 애플리케이션에 유용한 추가 기능을 제공할 수 있다. 특히 자산추적, 오디오, 스마트 홈, 산업용 애플리케이션에 적합하다.

nRF21540 FEM은 노르딕의 단거리 무선 SoC와 함께 사용할 수 있는 플러그앤플레이 타입의 보완 디바이스다. 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.

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.

사용 중에도 현재의 연결 요구 사항을 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 전력 소모를 관리할 수 있다. 온도로 인한 모든 변화에 대응할 수 있어 출력 파워를 원하는 수준으로 안정화할 수 있다.

nRF21540은 1.7~3.6V의 공급전압 범위에서 동작하며, +20dBm로 튜닝된 경우 TX에서 115mA, RX 모드에서 4.1mA, 전원차단 모드에서는 30nA의 전력 성능을 제공한다. 이 디바이스는 –40°~105°C 범위에서 동작 온도 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.

키에틸 홀스타드(Kjetil Holstad) 노르딕 세미컨덕터 제품관리 디렉터는 “많은 애플리케이션의 경우 외부 RF FEM을 사용하여 도달거리를 향상하고 있다”면서도, “FEM이 무선 성능의 다른 기능을 손상하거나 배터리 수명에 큰 영향을 미쳐서는 안 된다”라고 말했다.