5G 및 IoT 기기에서 무선 연결을 위한 RF 트랜시버

사물 인터넷(IoT)은 무선 통신 기술을 매개체로 사용하여 사람, 물체, 위치, 심지어 동물을 인터넷에 연결하는 상호 연결성에 의해서만 가능합니다. IoT 장치를 사용하는 주요 장점은 디지털 데이터의 직접 전송 및 지속적인 공유입니다. 마찬가지로, 교통, 건강, 날씨 및 환경 모니터링과 같은 다양한 분야에 상당한 영향을 미칩니다.

인터넷 연결과 관련하여, 우리의 스마트폰, 개인용 컴퓨터, 태블릿, 데스크탑 등 몇몇 장치가 빠르게 떠오릅니다. 이들은 인터넷에 연결할 수 있는 기능으로 구축되었으며, 이를 통해 데이터와 정보를 교환합니다. 그러나 원래 상호 연결성을 가질 의도가 없었던 다른 스마트 장치들도 있습니다. RF 구성 요소는 이러한 장치에 무선 연결성을 제공하고 컴퓨터 및 스마트폰처럼 원격으로 통신하고 작동할 수 있게 합니다.

주파수 및 프로토콜

주파수 및 무선 통신 프로토콜은 IoT 장치에 필요한 관련 구성 요소를 결정합니다. 이 두 요소는 특정 주파수 대역 내에서 무선 통신을 제공하기 위해 함께 작동합니다. 모든 무선 장치는 의도한 대로 작동하고 기능하기 위해 무선 송수신기 칩이 필요합니다. 많은 IoT 장치는 Wifi, ZigBee, Bluetooth 또는 GHz 주파수 범위의 다른 프로토콜을 통해 통신합니다.

일부 송수신기는 단일 장치 내에서 필요에 따라 다른 프로토콜을 지원하도록 디지털로 재구성될 수 있습니다. 5G 지원 장치가 등장함에 따라, 송수신기는 방향 전송을 위한 빔포밍을 제공하기 위해 안테나 튜닝 스위치로 보완되어야 합니다. 증폭기와 필터는 IoT 장치를 포함한 다양한 장치에서 중요한 RF 구성 요소입니다. 전력 증폭기와 약신호 증폭기는 주로 IoT 장치에서 사용됩니다. 약신호 증폭기는 무선 송수신기의 수신 측에서 사용되며, 전력 증폭기는 송수신기의 송신 측에서 사용됩니다.

송수신기에서 시작됩니다

송수신기는 IoT 장치의 무선 통신 기능의 핵심을 형성할 것입니다. 송신기, 수신기 및 기타 지원 구성 요소로 분리되었던 것이 이제는 통합 송수신기 IC에서 신호 조절, 변조 및 송수신 기능을 단일 패키지로 제공합니다. 다양한 주파수 대역에서 작동하는 무선 송수신기에 대한 몇 가지 훌륭한 옵션은 다음과 같습니다:

Semtech, SX1211I084TRT

이 SX1211I084TRT 송수신기는 Semtech에서 제공하는 낮은 주파수 대역에서 작동하는 송수신기로, 863-870, 902-928 또는 950-960 MHz 대역에서 FSK 또는 OOK 변조로 작동합니다. 이 송수신기의 데이터 전송 속도는 FSK로는 최대 25kbps, OOK로는 2kbps에 불과하여 처리량이 낮은 애플리케이션에 한정되어 사용됩니다. 좋은 예로는 소형 무선 센서 어레이에서 주기적인 데이터 전송이 있습니다. 그러나 이 패키지의 고도로 통합된 특성은 전체 구성 요소 수를 줄이는 데 도움이 되어, 낮은 RF 주파수에서 통신하는 웨어러블에 이상적입니다:

SX1211의 고도로 통합된 구조는 설계 유연성을 유지하면서 외부 구성 요소 수를 최소화할 수 있게 합니다. 주요 RF 통신 매개변수는 프로그래밍이 가능하며 대부분 동적으로 설정될 수 있습니다. 유럽(ETSI EN 300-220 V2.1.1) 및 북미(FCC part 15.247 및 15.249) 규제 표준을 준수합니다.

SX1211 데이터시트에서 가져온 전형적인 응용 회로

Infineon, BGT24MTR12

다가오는 5G 애플리케이션을 위해, Infineon의 BGT24MTR12 송수신기는 24에서 24.25 GHz 주파수 범위에서 무선 통신을 위한 탁월한 선택입니다. RF 입력 단자는 단일 종단이므로 PCB 수준에서 EMI 억제를 제공하기 위해 일정한 주의가 필요합니다. 이 장치는 다양한 MCU와 SPI 통신을 통해 인터페이스할 수 있을 만큼 유연하며, 연속 작동 모드에서 690 mW의 합리적인 전력 소비와 최대 11 dBm의 출력 전력을 가집니다. 마지막으로, 이 장치는 전체 전력 조절 계획의 일부로 온도 센서와 전력 검출기를 포함합니다:

칩 온도의 모니터링은 온도에 비례하는 전압을 제공하는 온칩 온도 센서에 의해 제공됩니다...RF 전력 표시를 위해, 피크 전압 검출기는 TX 전력 증폭기의 출력과 LO 중간 전력 증폭기에 연결됩니다.

Infineon의 BGT24MTR12 RF 송수신기 상단 및 하단 이미지

Maxim Integrated, MAX2829ETN+

Maxim Integrated의 MAX2829ETN+ RF 송수신기는 2.4에서 2.5 GHz, 그리고 4.9에서 5.875 GHz의 802.11a/g 세계 대역에서 단일 또는 이중 대역 무선 통신을 제공하는 표면 장착 패키지입니다. 이 송수신기는 Wifi 및 Bluetooth를 통해 작동하는 IoT 장치에 이상적입니다. 칩 내 필터는 다양한 기저대역 주파수에서 좋은 노이즈 거부를 제공하는 신호 조절을 제공하며, 최대 데이터 속도는 데이터 전송에 사용된 변조 방식에 따라 달라집니다:

각 IC는 수신기와 송신기 모두에 대한 칩 내 모놀리식 필터를 구현함으로써 외부 SAW 필터의 필요성을 완전히 제거합니다. 베이스밴드 필터링과 Rx/Tx 신호 경로는 802.11a/g IEEE 표준을 충족하도록 최적화되었으며 필요한 데이터 속도 전체 범위(OFDM의 경우 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54Mbps; CCK/DSSS의 경우 1, 2, 5.5, 11Mbps)를 커버합니다.

Maxim Integrated의 데이터시트에서 찾을 수 있는 MAX2829ETN+ RF 송수신기가 있는 예시 5GHz 응용 회로

몇 년 전 IoT 장치가 주목을 받기 시작한 이래로, 이들은 계속해서 진화해 왔습니다. 최신 프로토콜과 기술은 이러한 장치들이 더 접근하기 쉽고, 에너지 효율적이며, 비용 효과적이고, 안전해지도록 도왔습니다. 무선 연결이 있는 새로운 제품들은 소비자 전자제품을 넘어서 제조 분야, 연결된 자율 주행 차량, 그리고 앞으로 몇 년 안에 5G 지원 장치로의 확장을 기대할 수 있습니다.

적절한 임베디드 처리와 정확한 센서의 조합을 사용하면 정확한 데이터 수집을 보장하면서 터치 스크린에서 그래픽 디스플레이를 지원할 수 있습니다. 여기서 소개한 장치들은 웨어러블 장치와 센서 네트워크에서 사용할 수 있는 센싱 옵션의 일부에 불과합니다. 웨어러블 센서의 영역에서는 터치 스크린과 여러 센서와 인터페이스할 수 있는 많은 IC가 평가 보드에 패키지되어 있어 다음 웨어러블 제품의 프로토타입을 제작할 수 있는 일정 수준의 자유를 제공합니다.

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