Danny Kim

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BLE (16) - BLE RF 증폭기 (FEM) 소개 / Brief Intoduction to nRF21540 : Bluetooth LE range extender

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16. BLE RF 증폭기 (FEM) 소개 / Brief Intoduction to nRF21540 : Bluetooth LE FEM (Front-End-Module) for range extension

16.2 Brief Introduction

The nRF21540 is an RF front-end module (FEM) that improves range and connection robustness for Nordic Semiconductor’s short-range wireless portfolio.

nRF52, nRF53 SoC 와 연동해서 RF 성능 증폭 가능

As you can see, Based on the nordic’s brief datasheet, “Link budget” between two RF devices could be improved 📡. In the conditions of using nRF52840, 1Mbps datarate,

  • Tx: + 20 dBm
  • Rx: - 100 dBm

위 그림 보면 nRF52840 SoC 기준, 최대 Tx Power + 8 dBm, 수신 감도 (RSSI)는 - 95 dBm 까지 수신 가능. nRF21540 FEM 이용할 경우, 송신 전력은 추가로 + 12 dBm 높여서 최대 + 20 dBm 까지 설정할 수 있고, 수신 가능한 수신 감도의 세기를 - 100 dBm 까지 조정 가능.

16.3 Trade-off : Power consumption 🔌

Current consumption of nRF21540 SoC:

  • Set Tx power up to + 20 dBm: 110 mA
  • Set Tx power up to + 10 dBm: 38 mA
  • Rx current: 2.9 mA

Actually, those electrical properties are significantly critical (not helpful) to the portable IoT devices which might be operated by using batteries 🔋. Also, it should be considered the current consumption of major Bluetooth LE SoC.

nRF21540 FEM; 즉, RF 증폭기 자체의 소비 전류가 저정도인데, 함께 연동해서 사용하는 nRF52, nRF53 SoC 에서의 RF 소비 전류까지 고려하면 배터리로 수개월 이상 동작해야하는 IoT 장치에는 적합하지 않을 것 같음. (설령, 해당 수치가 nRF52840 SoC 에서의 RF 전류까지 고려했다고 해도 상당한 수준…)

nRF52840 SoC 에서 스캔 활성 시 (Rx) 소비 전류가 이미 5 mA 를 훨씬 상회하는 수준이라, 아마도 nRF21540 specification 에 명시된 소비 전류 값은 nRF21540 FEM 자체 소비전류 일 것 같음.

단, 스마트폰처럼 매일 충전해서 사용할 수 있다면, 특정 순간에만 일시적으로 RF 전력을 높이는 것은 문제가 없을 것 같고, 선택적으로 Rx 단 감도만 개선한다던가, 혹은 외부로부터 전원을 공급받을 수 있는 장치 (e.g. 공유기, AP) 등에서 BLE 송수신 거리 증폭을 위해 사용한다면 이점을 가져갈 수 있을 것으로 보임.

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