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Neuer 2,4GHz Verstärkerchip bei Rutronik verspricht höhere Reichweite bei längerer Batterielebensdauer

Erstellt von Sebastian Hör |

Das 2,4GHz RF Front-End-Modul (FEM) nRF21540 von Nordic Semiconductor ist ein „plug and play“ Range-Extender, der zusammen mit den Multiprotokoll-SoCs der nRF52- und nRF53-Serien oder anderen Funkkomponenten die Reichweite erhöht und für eine robustere Verbindung sorgt. Dabei benötigt er nur ein Minimum an externen Komponenten. Der nRF21540 ist unter er www.rutronik24.com verfügbar.

Durch den integrierten Leistungsverstärker ausgangsseitig und den Low-Noise-Verstärker eingangsseitig (PA/LNA) verbessert das FEM die Robustheit der Verbindung der Low-Power Short-Range Wireless-Lösungen von Nordic. In Kombination mit einem SoC der nRF52-Serie liegen die Ausgangsleistung bei 21dBm, die Empfangsverstärkung bei 13dB und der Rauschabstand bei 2,5dB. Somit ergibt sich insgesamt ein höheres Link-Budget für eine bis zu 16x höhere Reichweite. Beispielsweise mit einem nRF52840 SoC, der Bluetooth Low Energy mit 1Mbps ausführt, verbessert der nRF21540 die Empfangsempfindlichkeit um 5dBm auf -100dBm. Zusammen mit der erhöhten Ausgangsleistung steigt das Link-Budget somit um 18dBm.

 

Die Sendeleistung des nRF21540 ist dynamisch regelbar. Seine Ausgangsleistung lässt sich in feinen Abstufungen einstellen. Da die maximale Ausgangsleistung 1dBm über dem im 2,4GHz Band zulässigen Wert liegt, steht genug Spielraum zur Verfügung, um Verluste im Signalweg bis zur Antenne zu kompensieren und dennoch die erlaubten 20dBm ab Antennenabstrahlung voll auszuschöpfen – und dies unabhängig der zur Verfügung stehenden Protokolle, wie Bluetooth, ZigBee, Thread, ANT, Gazell oder kundeneigenen Varianten. Wird eine Funkverbindung ohne FEM in störungsanfälligen Umgebungen oder an der Grenze des Link-Budgets der Wireless-SoCs betrieben, so steigt die Fehlerrate der Übertragungen, was zu wiederholten Sendeversuchen und somit einem höheren Energieverbrauch führt. Der Einsatz eines nRF21540 kann die Energiebilanz der gesamten Anwendung trotz seiner zusätzlichen Leistung verringern, da weniger Übertragungsversuche benötigt werden, bis die Datenpakete erfolgreich übermittelt sind.

 

Der Betriebstemperaturbereich des nRF21540 reicht von -40°C bis +105°C. Damit kann er auch in Industrieapplikationen, z.B. in professionellen Beleuchtungsanwendungen, mit den SoCs nRF52833 und nRF5340 von Nordic eingesetzt werden, die ebenfalls für hohe Temperaturen ausgelegt sind. Weitere Zielapplikationen des nRF21540 sind Asset-Tracking, ferngesteuertes Spielzeug, Drohnen, Agrartechnik, Audio- und Smart-Home- Anwendungen.

 

Um die Nutzung mit den SoCs der nRF52- und nRF53-Serien noch weiter zu vereinfachen, wird Nordic den Treiber-Support für künftige Releases der Software Development Kits (SDK) nRF5, nRF5 für Thread und Zigbee sowie das nRF Connect SDK ausrollen.