원격 무선 도어 (RKE) 장치를 사용하면 열쇠고리에 달린 송신기를 사용하여 차량 출입문의 잠금/잠금 해제가 가능하다. 이 열쇠고리는 차량 내부의 수신기에 데이터를 전송한다 (">원격 무선 도어 장치 개관 참조).
이 애플리케이션 노트에서는 RKE 장치의 동작 방법과 저전력 동작과 송수신 범위 확보, 신뢰성 등 주요 설계 목표를 만족시키는 방법을 다루고 있다.
그림 1. 원격 무선 도어 (RKE) 장치의 블록 다이어그램
RKE 블록 다이어그램에서 볼 수 있듯이, 사용자는 열쇠고리에 있는 누름 버튼 스위치를 사용하여 동작을 시작한다. 이로써 RKE 열쇠고리 내부의 CPU가 동작을 개시하여 데이터 스트림을 RF 송신기로 전송한다. 데이터 스트림은 일반적으로 64 ~ 128비트 길이를 갖고 있으며 프리앰블, 명령 코드 및 롤링 코드를 포함하고 있다. 전송속도는 일반적으로 2kHz ~ 20kHz이다. 변조 방식은 ASK(진폭 천이 키잉)로, 이 방법을 채용하는 주요 이유는 배터리 수명을 연장하기 위한 것이다.
RKE용 RF 수신기는 RF 신호를 포착하여 복조한 다음 데이터 스트림을 CPU에 보내며, 이 CPU는 데이터 스트림을 디코딩하여 명령을 명령 모듈로 전송한다.
원격 무선 도어 장치 설계의 주요 목표
RKE 장치의 설계 목표는 저전력 소모의 강인하고 신뢰성 있는 저가형 장치를 구현하는 것이다. 배터리 수명은 송신기 및 수신기 모두에 있어 중요하다.
전력 관련 고려 사항
송신기에서는 배터리 수명이 3~5년인 것이 바람직하다. 배터리 수명은 수신기 측에 있어서도 중요한데, 이는 수신기가 사용자의 신호 전송을 기다리며 언제든 켜져 있어야 하기 때문이다. 일반적인 사양은 평균 소비 전류 1mA 이하를 요구하고 있다. 이러한 문제를 해결하는 설계적 측면에서의 솔루션 한 가지는 유효한 송신 내용이 있는지 판단할 수 있을 만한 주기만큼만 수신기를 켜는 것이다. 나머지 시간동안 수신기는 "잠들어" 있게 된다. 에너지 절약을 최대화하기 위해서 수신기의 동작 재개에 걸리는 시간은 매우 짧아야 한다.
성능: 도달 범위 및 신뢰성
원격 무선 도어 애플리케이션은 충분한 송수신 도달 범위 및 신뢰성 높은 전송 상태를 요구한다. 수신기 감도를 올리고 송신 출력을 (전류 소모량에 큰 변화가 없는 채로) 높이게 되면 신호 도달 범위와 신뢰성에 직접적인 영향이 있게 된다. 설치될 장치의 수효가 엄청나게 많으므로, 당연히 가격 인하에 대한 필요성도 있다.
부품 선정
Maxim은 이러한 고려사항에 대한 충분한 이해를 바탕으로 원격 무선 도어 시스템 설계자들의 요구에 부응할 다양한 제품을 구비하고 있다. MAX1472 송신기와 MAX1470 및 MAX1473 수신기는 이러한 필요성에 특히 부합하도록 설계되었다.
MAX1473은 -114dBm의 높은 수신감도, 사용자 선택이 가능한 50dB 이상의 중심 주파수 이미지 제거율을 제공하며 3V 또는 5V 전원으로 동작이 가능한 업계 최초의 300MHz ~ 450MHz 수퍼헤테로다인 ASK 수신기이다. 이 제품은 셧다운 모드에서 1.5mA 이하, 그리고 수신 모드에서 5.2mA에 불과한 전류 소비량을 갖는다. MAX1473은 최대 100kbps속도의 데이터를 수신할 수 있으며 셧다운 상태에서 유효 데이터 수신까지의 시간은 250µs에 불과하다. MAX1473에는 원스텝 AGC 회로가 내장되어 있어 RF 입력 신호가 -57dBm 이상일 때 LNA 이득을 35dB 낮출 수 있다. 이 수신기는 수신 신호 감도 지시기(RSSI: received signal strength indicator)가 있는 10.7MHz IF 필터를 사용하며 온칩 PLL 및 VCO, 그리고 아날로그 베이스밴드 데이터 복구 회로를 갖추고 있다. MAX1473은 28핀 SSOP 패키지로 되어 있으며 10,000개 단위 구매 시 개당 $1.95에 공급이 가능하다.
MAX1470은 MAX473과 매우 유사한 제품이나 AGC 기능이 빠져 있고 3V 전원으로만 동작하게 되어 있다. MAX1470은 그만큼 MAX1473보다 저렴하며 10,000개 단위 구매 시 개당 $1.65에 제공된다.
MAX1472는 업계 최소의 VHF/UHF PLL 기반 ASK 송신기로 초소형 3mm x 3mm 8핀 SOT-23 패키지로 되어 있다. 이 소자는 300MHz ~ 450MHz 대역에서 동작하는 원격 무선 도어 장치 등 공간 문제에 민감한 저가형 대물량 애플리케이션에 완벽히 대응하는 제품이다. MAX1472는 최저 2.1V 전압으로 동작할 수 있으므로 하나의 리튬 배터리로 구동 가능하며 동작대기 모드에서의 소비 전류는 100nA에 불과하다. 전송 도중 MAX1472의 출력은 50Ω 부하를 가정할 때 -10dBm~+10dBm이다. +10dBm 출력 레벨에 대해, MAX1472는 주파수 315MHz일 때 맨체스터 인코딩과 같은 듀티 사이클 50%의 인코딩에서 5.5mA의 전류를 소비한다. 0dBm 출력일 때 전류 소비량은 3mA로 떨어진다. 전송속도는 최대 100kbps까지 가능하다.
MAX1472는 인에이블 핀이 활성화되고 나서 PLL과 크리스털이 동작하여 전송 완료에 이르기까지 250µs만을 소비한다. 제품의 타깃 애플리케이션이 소형 휴대용으로 되어 있으므로, MAX1472는 10~15MHz의 크리스털 주파수를 받아들이고 저렴한 표면 부착형 패키지로 되어 있다.
MAX1472는 크리스털 기반의 PLL을 사용하므로, LC 또는 SAW 기반 송신기에서 발생하는 대부분의 문제가 해결된다. 크리스털 주파수는 자체로 정확성이 높으므로 수신기에 보다 좁은 대역폭의 IF를 사용할 수 있어 시스템 감도를 높일 수 있다. MAX1470 또는 MAX1473과 같은 Maxim의 수신기 제품을 사용할 경우 감도 향상은 IF 대역폭을 600kHz에서 50kHz로 좁히는 것만으로 9dB 증가하게 된다. 감도 향상은 도달 거리의 증가와 신뢰성 높은 송신으로 직접 이어지게 된다. MAX1472는 1,000개 단위 구매 시 개당 $1.39에 제공된다.
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