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노르딕 세미컨덕터, 플러그&플레이 타입의 RF 프론트 엔드 모듈, nRF21540 샘플 출시

nRF21540 RF 프론트 엔드 모듈은 노르딕의 nRF52 및 nRF53 시리즈 첨단 멀티프로토콜 무선 SoC의 도달거리를 확장할 수 있도록 링크 버짓 향상에 최적화된 솔루션이다. nRF52 시리즈SoC를 기반으로 한 nRF21540 RF 프론트 엔드 모듈은 +21dBm TX 출력 파워와 13dB RX 게인을 통해 최대 16배까지 도달거리를 확장할 수 있는 탁월한 링크 버짓을 보장한다.

초저전력 무선 솔루션 분야의 세계적인 선도기업인 노르딕 세미컨덕터(www.nordicsemi.com)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. 

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. 

노르딕 세미컨덕터의 제품관리 디렉터인 키에틸 홀스타드(Kjetil Holstad)는 “많은 애플리케이션의 경우 외부 RF 프론트 엔드 모듈을 사용하여 도달거리를 크게 향상시키고 있다. 그러나 프론트 엔드 모듈이 무선 성능의 다른 기능을 손상시키거나 배터리 수명에 큰 영향을 미쳐서는 안된다. 노르딕의 엔지니어링 팀은 수십 년 동안 저전력 무선 설계에 대한 경험을 바탕으로 BOM 및 보드공간에 대한 영향을 최소화하는 크기와 비용으로 노르딕의 첨단 멀티프로토콜 SoC를 완벽하게 보완하고, 최적화할 수 있는 경쟁력있는 RF 프론트 엔드 모듈을 설계했다.”고 밝혔다. 

nRF21540 RF 프론트 엔드 모듈은 현재 선도 고객들에게 샘플이 공급되고 있다. 

Nordic Semiconductor 소개
노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor)는 IoT를 위한 무선 통신 기술에 특화된 노르웨이 기반의 팹리스 반도체 기업이다. 노르딕은 1983년에 설립되었으며, 전세계적으로 1,300명 이상의 직원을 두고 있다. 수상 경력에 빛나는 블루투스 LE(Bluetooth® Low Energy) 솔루션은 선도적으로 초저전력 무선 기술을 개척함으로써 노르딕이 글로벌 시장 리더로 자리매김하는데 기여했다. 이후 노르딕은 ANT+, 스레드(Thread) 및 지그비(Zigbee) 솔루션을 추가하고, 2018년에는 IoT 보급을 확장하기 위해 저전력, 소형 LTE-M/NB-IoT 셀룰러 IoT 솔루션을 출시했다. 또한 노르딕은 2021년 와이파이(Wi-Fi) 기술을 보완함으로써 포트폴리오를 더욱 확장했다.
노르딕은 설계자들이 복잡한 RF 설계를 간소화할 수 있는 개발 툴과 함께 첨단 무선 기술을 제공함으로써 아이디어를 가진 사람은 누구나 IoT 플랫폼을 기반으로 혁신을 구현할 수 있도록 지원하고 있다. 현재 수상 경력에 빛나는 고성능의 설계가 용이한 블루투스 LE 솔루션은 무선 PC주변장치와 게임, 스포츠, 피트니스, 휴대폰 액세서리, 가전, 장난감, 헬스케어 및 자동화 등 세계적인 브랜드의 다양한 제품에 사용되고 있다. 노르딕은 ANT+ 얼라이언스(ANT+ Alliance)와 블루투스 SIG(Bluetooth SIG), 스레드 그룹(Thread Group), 지그비 얼라이언스(Zigbee Alliance), 와이파이 얼라이언스(Wi-Fi Alliance) 및 GSMA의 회원사이다. 노르딕 세미컨덕터 및 제품에 대한 자세한 정보는 www.nordicsemi.com에서 확인할 수 있다.