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Dec 17, 2023

무선의 부상으로 듀얼의 중요성이 강조됨

2021년에는 휴대폰에 무선 기술이 기대되는 것이 표준이고,

2021년에는 휴대폰, 컴퓨터, 오디오 액세서리에서 무선 기술을 기대하는 것이 표준입니다. 그러나 RF 설계는 ​​자동화, 예측 유지 관리, 인간-기계 인터페이스(HMI) 등 산업 분야에도 진출하고 있습니다.

이러한 애플리케이션은 Wi-Fi 4의 제한이 없고 과도하게 활용되는 레거시 도메인인 2.4GHz ISM(산업, 과학, 의료) 대역을 활용하는 경우가 많습니다. 불행하게도 스펙트럼 지역의 인기는 이 레거시 시스템을 지원하는 장치가 5GHz Wi-Fi가 제공하는 이점.

이번 주에 u-blox는 이러한 문제를 해결하고 모놀리식 다중 무선 솔루션을 제공하는 새로운 무선 칩 시리즈인 MAYA-W1을 발표했습니다. 이 칩은 2.4GHz 및 5GHz 무선 기능을 통합하고 Bluetooth 클래식 모드 및 BLE(Bluetooth 저에너지)를 지원합니다.

10.4mm x 14.3mm x 2.5mm 모놀리식 칩은 내장형 안테나, U.FL 커넥터 또는 안테나 핀의 세 가지 인터페이스 형식 옵션을 통해 애플리케이션에 무선 연결을 간편하게 통합할 수 있다고 합니다.

유블럭스의 수석 제품 마케팅 매니저인 스테판 베르그렌(Stefan Berggren)은 보도 자료에서 "Wi-Fi 4는 우리의 목표 부문에서 계속 가장 많이 사용되는 기술이지만 2.4GHz 대역의 혼잡에 대한 우려가 있습니다"라고 설명합니다. 이 문제를 극복하기 위해 MAYA-W1은 듀얼 밴드 기능을 통합하여 IoT 애플리케이션의 경쟁자가 되었습니다.

MAYA-W1과 같은 장치는 이러한 임베디드 설계에 듀얼 밴드 기능을 제공하기 위해 정확히 어떻게 작동합니까? 엔지니어는 아키텍처, 안테나 구조, RF 프런트엔드 모듈이라는 세 가지 요소를 고려할 수 있습니다.

기본적으로 이중 대역(또는 다중 모드) 라디오는 두 개 이상의 서로 다른 RF 스펙트럼 영역 내에서 작동할 수 있습니다. 기존 슈퍼헤테로다인 아날로그 수신기를 사용하거나 기본 GHz 주파수에서 디지털 신호로 직접 변환하여 두 영역 모두에서 작동할 수 있습니다.

최신 RF 샘플링을 달성하려면 설계자는 로컬 발진기(수퍼헤테로다인)를 사용하여 신호를 변환하지 않고 수신 주파수에서 직접 변환을 사용해야 합니다.

DSP 애플리케이션을 통해 필터링 및 증폭된 회로를 처리하려면 엔지니어는 고급 ADC의 수 기가헤르츠 처리량을 사용해야 합니다. 이러한 처리량은 가능한 변조의 복잡성을 제한하지 않고 다중 모드 무선 애플리케이션을 실행하는 데 필요한 RF 아키텍처를 크게 단순화합니다.

설계자는 아키텍처 외에도 안테나 기하학적 구조가 일관되게 수신 가능한 에너지 범위를 어떻게 제한할 수 있는지 고려해야 합니다. 이러한 제한을 극복하기 위해 엔지니어는 장치에 다중 안테나 구조를 구축하거나 관심 주파수 범위 내에서 허용 가능하게 작동하는 "다중 대역" 안테나를 생성할 수 있습니다.

부분 대역폭은 작동 중심 주파수를 기준으로 안테나의 광대역이 얼마나 넓은지를 나타냅니다. 이는 상부 및 하부 대역 차단 정도에 따라 0에서 2 사이로 다양합니다.

오늘날 무선 장치에 가장 널리 사용되는 안테나 구조 중 하나는 평면 ​​역 F 안테나(PIFA)입니다.

PIFA는 PCB에 직접 인쇄할 수 있다는 점에서 인기를 얻었습니다. 또한 GSM, Bluetooth, Wi-Fi 및 기타 여러 셀룰러 표준을 포함한 광범위한 RF 애플리케이션에서 잘 작동합니다.

PIFA 안테나는 셀룰러 및 레거시 ISM 대역에서 성공적으로 사용되었음에도 불구하고 5GHz와 2.4GHz에서 동시에 사용하기에는 적합하지 않습니다. 설계자는 Wi-Fi 4 듀얼 밴드용 안테나 2개를 사용해야 하며, 수신 후 처리를 위해 PCB의 단일 50Ω 전송 라인으로 이중화될 수 있습니다.

5GHz Wi-Fi의 더 높은 속도와 대역폭은 다양한 FEM 하위 시스템을 설명하는 전송선 효과로 인해 PCB 설계가 더욱 복잡해집니다.

안테나 외에도 RF 프런트엔드 모듈(FEM)은 듀얼 밴드를 활성화하기 위해 더 복잡한 아키텍처를 수용해야 합니다.