RF 모듈

RF module
RF 모듈(크기 참조용 눈금자 포함)

RF 모듈(Radio-Frequency module의 줄임말)은 두 장치 간에 무선 신호를 송신 및/또는 수신하는 데 사용되는 (일반적으로) 작은 전자 장치다.내장형 시스템에서는 다른 장치와 무선으로 통신하는 것이 바람직할 때가 많다.이 무선 통신은 광통신 또는 무선 주파수(RF) 통신을 통해 이루어질 수 있다.많은 어플리케이션의 경우, 가시선이 필요하지 않기 때문에 RF를 선택할 수 있다.RF 통신은 송신기와 수신기를 통합한다.그들은 종류와 범위가 다양하다.어떤 것들은 500피트까지 전송할 수 있다.RF 모듈은 일반적으로 RF CMOS 기술을 사용하여 제작된다.

RF 모듈은 무선 회로 설계의 어려움 때문에 전자 설계에 널리 사용된다.우수한 전자 무선 설계는 무선 회로의 민감성과 특정 주파수에서 작동을 달성하는 데 필요한 구성 요소와 배치의 정확성 때문에 복잡하기로 악명 높다.또한 신뢰할 수 있는 RF 통신 회로는 RF 성능에 부정적인 영향을 미치지 않도록 제조 공정에 대한 세심한 모니터링이 필요하다.마지막으로, 무선 회로는 보통 복사 방출에 대한 제한에 따르며, ETSI 또는 미국 연방통신위원회(FCC)와 같은 표준화 기구에 의한 적합성 시험과 인증을 요구한다.이러한 이유로 설계 엔지니어는 종종 별도의 설계를 시도하지 않고 무선 통신을 필요로 하는 애플리케이션을 위한 회로를 설계하여 개발 시간과 비용을 절약할 수 있다.

RF 모듈은 차고 문 개폐기, 무선 경보 또는 모니터링 시스템, 산업용 원격 제어 장치, 스마트 센서 애플리케이션, 무선 홈 자동화 시스템 등의 소비자 애플리케이션을 위한 중저가 제품에 가장 많이 사용된다.선 시력 조작이 필요하지 않다는 장점이 있어 구형 적외선 통신 설계를 대체하는 데 사용되기도 한다.

산업용, 과학용 및 의료용(ISM) 무선 대역 433.92MHz, 915MHz 및 2400MHz를 포함하여 상용 RF 모듈에서 일반적으로 사용되는 여러 반송파 주파수가 있다.이러한 주파수는 통신을 위한 라디오 사용을 규제하는 국가 및 국제 규제 때문에 사용된다.또한 단거리 장치는 315 MHz 및 868 MHz와 같이 라이센스가 없는 주파수를 사용할 수 있다.

RF 모듈은 Zigbee, Bluetooth Low Energy 또는 Wi-Fi와 같은 RF 통신을 위해 정의된 프로토콜을 준수하거나 독점적인 프로토콜을 구현할 수 있다.

RF 모듈 유형

RF 모듈이라는 용어는 소형 전자 서브 어셈블리 회로 기판의 다양한 유형, 형태 및 크기에 적용될 수 있다.그것은 또한 기능성과 능력의 큰 변동에 걸친 모듈에도 적용될 수 있다.RF 모듈은 일반적으로 인쇄 회로 보드, 송신 또는 수신 회로, 안테나 및 직렬 인터페이스를 사용하여 호스트 프로세서와 통신한다.

가장 표준적이고 잘 알려진 유형은 다음과 같다.

  • 송신기 모듈
  • 수신기 모듈
  • 송수신기 모듈
  • 칩 모듈의 시스템.

송신기 모듈

RF 송신기 모듈은 전파를 송신하고 그 파동을 변조하여 데이터를 전달할 수 있는 작은 PCB 하위 조립품이다.송신기 모듈은 보통 전송될 수 있는 모듈에 데이터를 제공하는 마이크로컨트롤러와 함께 구현된다.RF 송신기는 일반적으로 최대 허용 송신기 전력 출력, 고조파 및 대역 에지 요건을 지시하는 규제 요건의 적용을 받는다.

수신기 모듈

RF 수신기 모듈은 변조된 RF 신호를 수신하여 감압한다.RF 수신기 모듈에는 슈퍼히터오디 수신기와 슈퍼재생 수신기의 두 종류가 있다.초재생 모듈은 보통 반송파에서 변조된 데이터를 추출하기 위해 일련의 증폭기를 사용하는 저비용 저전력 설계다.초재생 모듈은 일반적으로 온도 및 전원 공급 전압에 따라 작동 빈도가 크게 달라지기 때문에 부정확하다.[citation needed]슈퍼히테로디 수신기는 슈퍼리제너티브에 비해 성능이 우수하며, 큰 전압과 온도 범위에 비해 정확도와 안정성이 향상된다.이러한 안정성은 과거에는 상대적으로 더 비싼 제품을 의미하는 경향이 있었던 고정 결정 설계에서 온다.그러나, 수신기 칩 설계의 발전은 현재 슈퍼히터오디네와 슈퍼재생 수신기 모듈 사이에 가격 차이가 거의 없다는 것을 의미한다.

송수신기 모듈

RF 송수신기 모듈은 송신기와 수신기를 모두 포함한다.이 회로는 일반적으로 반이중 작동을 위해 설계되었지만, 전이중 모듈을 사용할 수 있지만, 일반적으로 복잡성이 증가하기 때문에 더 높은 비용으로 설계된다.

칩(SoC) 모듈의 시스템

SoC 모듈은 송수신기 모듈과 동일하지만, 탑재형 마이크로컨트롤러로 만들어지는 경우가 많다.마이크로컨트롤러는 일반적으로 무선 데이터 패킷화를 처리하거나 IEEE 802.15.4 준수 모듈과 같은 프로토콜을 관리하는 데 사용된다.설계자가 이 처리를 호스트 마이크로컨트롤러에 통합하기를 원하지 않을 때, 이 유형의 모듈은 일반적으로 프로토콜 준수를 위해 추가 처리가 필요한 설계에 사용된다.

호스트 마이크로컨트롤러 인터페이스

RF 모듈은 일반적으로 마이크로컨트롤러나 마이크로프로세서와 같은 내장형 시스템과 통신한다.통신 프로토콜로는 디지인터내셔널의 X-Bee 모듈에서 사용되는 UART, 애너렌의 AIR 모듈에서 사용되는 직렬 주변 인터페이스 버스, 로빙 네트워크 모듈에서 사용되는 유니버설 직렬 버스 등이 있다.모듈이 무선 통신을 위해 표준화된 프로토콜을 사용할 수 있지만, 마이크로컨트롤러 인터페이스를 통해 전송되는 명령어는 각 벤더가 고유의 독점적인 통신 형식을 가지고 있기 때문에 일반적으로 표준화되지 않는다.마이크로컨트롤러 인터페이스의 속도는 사용되는 기본 RF 프로토콜의 속도에 따라 달라진다. Wi-Fi와 같은 고속 RF 프로토콜은 USB와 같은 고속 직렬 인터페이스가 필요한 반면 블루투스 Low Energy와 같은 느린 데이터 전송 속도를 가진 프로토콜은 UART 인터페이스를 사용할 수 있다.

RF 신호 변조

RF 송신기 및 수신기 모듈에서 일반적으로 사용되는 디지털 신호 변조 방법에는 다음과 같은 몇 가지가 있다.

상세한 설명, 장점과 단점은 위의 링크된 기사에 기재되어 있다.

RF 모듈 성능에 영향을 미치는 주요 요인

다른 RF 장치와 마찬가지로 RF 모듈의 성능은 여러 요인에 따라 달라진다.예를 들어 송신기 전력을 증가시킴으로써 더 큰 통신 거리를 얻을 수 있을 것이다.그러나 이로 인해 송신기 장치에 더 높은 전력 누수가 발생하여 배터리 구동 장치의 작동 수명이 단축된다.또한 더 높은 송신 전력을 사용하면 시스템이 다른 RF 장치와의 간섭을 더 쉽게 할 수 있으며, 실제로 관할 구역에 따라 장치가 불법이 될 수 있다.이에 상응하여 수신기 감도를 높이면 유효 통신 범위도 증가하지만, 다른 RF 장치의 간섭으로 인한 오작동도 잠재적으로 발생하게 된다.

전체 시스템의 성능은 앞에서 설명한 것과 같이 통신 링크의 각 끝에서 일치하는 안테나를 사용함으로써 향상될 수 있다.

마지막으로, 특정 시스템의 라벨이 부착된 원격 거리는 보통 어떤 간섭도 없이 시야의 개방선 구성으로 측정되지만, 종종 전파 신호를 흡수하기 위한 벽, 바닥 또는 밀도 구조와 같은 장애물이 있을 수 있으므로 대부분의 실제적인 경우 유효 작동 거리는 s보다 작을 것이다.치아의

모듈 물리적 연결

모듈 물리적 연결: 육지 그리드 어레이, 관통 홀 및 캐스텔링 보드렛(왼쪽부터 오른쪽까지)

스루홀(through-hole) 기술이나 표면 장착 기술로 인쇄 회로 기판에 RF 모듈을 부착하는 다양한 방법이 사용된다.스루홀 기술은 납땜 없이 모듈을 삽입하거나 제거할 수 있다.표면 장착 기술은 추가 조립 단계 없이 PCB에 모듈을 부착할 수 있도록 한다.RF 모듈에 사용되는 표면 탑재 연결부에는 LGA(Land Grid Array)와 캐스텔링 패드가 있다.LGA 패키지는 패드가 모두 모듈 아래에 있기 때문에 작은 모듈 크기를 허용하지만 연결 상태를 확인하려면 X-ray로 연결해야 한다.캐스텔링된 홀은 연결부의 광학 검사를 가능하게 하지만 패드를 수용하기 위해 모듈 설치 공간을 물리적으로 더 크게 만든다.

RF 모듈에 사용되는 무선 프로토콜

RF 모듈, 특히 SoC 모듈은 다음을 포함하여 사전 정의된 무선 표준에 따라 통신하는 데 자주 사용된다.

그러나 RF 모듈은 차고 문 개폐기에 사용되는 것과 같은 독점 프로토콜을 사용하여 통신하는 경우도 많다.

일반적인 애플리케이션

최종 제품 통합 시 RF 모듈 인증

통합되고 호환되는 RF 모듈(요즘 대부분의 IoT 장치처럼)을 기반으로 한 최종 규제 제품 준수는 일반적인 오해다.국가 규정의 필수 요건(FCC, CE, ICES, ANATEL 등)을 준수하는 모듈은 최종 제품을 거의 다루지 않는다.단, 그렇다고 해서 준수 RF 모듈을 통합할 때 완전한 준수 시험이 필요한 것은 아니다.호환 모듈을 통합하면 많은 장점이 있다.

RF 모듈은 이 날의 소비자 제품에서 필수적이지만 최종 제품의 일부분일 뿐이다.라디오 모듈은 몇 년 동안 진화해 왔다.탑재 전압 조절기, 통합 안테나는 일반적으로 무선 현상이 호스트와 상관없이 동일하게 유지되도록 노력한다.ISO 17025 공인 EMC, RF 실험실에서 제품을 테스트하고 인증할 때 모듈식 수준에서 대부분의 RF 스펙트럼 측정을 참조할 수 있다.

결국 규정을 준수해야 할 최종 제품이다.건강, 안전, 복사 민감성과 같은 측면은 모듈 수준에서 다룰 수 없다.

외부 링크

  • F. Egan, William (2003). Practical RF System Design. Wiley-IEEE Press. ISBN 978-0-471-20023-9.
  • Fairall, John (2002). An Introduction to low power radio. RF Solutions Ltd. ISBN 978-0-9537231-0-2.