Bluetooth Mesh로 설계:칩 또는 모듈?

지금까지 이 기사 시리즈에서는 Bluetooth 메시에 대한 개요와 응용 프로그램에 사용할 장치를 선택하는 방법에 대해 설명했습니다. 이 마지막 기사에서는 개별 장치 또는 모듈을 설계에 사용해야 하는지 여부에 대해 논의합니다.

개별 장치를 사용할지 또는 모듈을 사용할지 결정하는 것은 제품의 성공에 매우 큰 영향을 미칩니다. Bluetooth Mesh는 IoT를 가능하게 하고 이전에 유선이거나 전혀 연결되지 않은 무수한 것들을 무선으로 연결합니다. 완벽한 예는 전구입니다. 소비자용으로 제조된 대부분의 전구는 벽 스위치를 사용하여 제어되었습니다. 이러한 장치에 Bluetooth 메시 연결을 추가하려면 사내에 존재하지 않는 전문 지식이 필요합니다.

요컨대, 무선 연결을 처음 접하는 제조업체는 자체 무선 전문 기술을 개발하는 데 막대한 투자를 할 것인지 아니면 Bluetooth Mesh를 독립형 모듈로 구현하고 기능적 전문 지식에 리소스를 집중할 것인지 결정해야 합니다. 다음 섹션에서는 무선 연결로 인해 발생하는 복잡성과 제품에 대한 모듈과 개별 솔루션 중에서 선택하는 동안 올바른 결정을 내리는 방법을 살펴봅니다.

Bluetooth 메시를 제품에 추가하는 동안 최종 시스템 비용과 복잡성은 보드 설계 복잡성, 규제 인증, Bluetooth 자격, 선언 및 목록과 같은 요인의 영향을 받습니다. 하나씩 하나씩 살펴보겠습니다.

개별 장치로 Bluetooth 메시 지원 제품 설계

Bluetooth Mesh용 기판을 설계하려면 RF 기판 설계에 대한 전문 지식이 필요합니다. 특히 Bluetooth Mesh에는 안테나와 일치하는 네트워크가 필요합니다. 이는 보드 설계에 복잡성을 더합니다. 좋은 안테나 이득을 얻으려면 적절한 안테나 설계와 지상고가 필요합니다. 디커플링 커패시터와 같은 전원 관련 부품이 필요합니다. 효율적인 라우팅은 안정적인 시스템 작동에 매우 중요하며 이러한 회로가 안테나 성능을 방해하지 않도록 하려면 각별한 주의가 필요합니다. 시계/수정도 특별한 주의가 필요합니다. 주파수의 드리프트는 패킷 손실을 일으켜 처리량과 전력 효율성에 영향을 줄 수 있습니다.

이러한 모든 복잡성을 처리하려면 숙련된 RF 기판 설계자가 필요합니다. 필요한 기술이 상당히 전문화되어 있기 때문에 사내 RF 설계 전문 지식을 유지하려면 비용이 많이 들 수 있습니다. 또한 보드는 필요한 성능을 제공할 수 있도록 여러 회전이 필요할 수 있습니다.

기판 설계 이후의 다음 과제는 규정 인증을 충족하는 것입니다. 모든 Bluetooth Mesh 제품은 판매될 국가에 따라 하나 이상의 RF 규제 인증을 받아야 합니다. 이러한 인증은 복사 수준이 허용 가능한 한도 내에 있고 작동 주파수가 금지된 주파수 대역에 속하지 않음을 보장합니다.

거의 모든 국가에는 자체 RF 규제 인증 기관이 있습니다. Bluetooth Mesh 제품을 미국에서 판매하려면 제품이 FCC(연방통신위원회) 인증을 받아야 합니다. 유럽의 경우 제품이 CE(Conformité Européene) 인증을 획득해야 합니다. 일본은 MIC(총무부)를 요구하고 캐나다는 ISED(혁신, 과학 및 경제 개발)(이전에는 IC(캐나다 산업부) 인증으로 알려짐)를 요구합니다.

제품이 이 4가지 규정 인증에 대한 RF 요구 사항을 충족하는 경우 다른 모든 국가의 규정 요구 사항도 충족할 수 있습니다. 그러나 이러한 각 인증에는 상당한 양의 테스트가 필요합니다. 테스트는 이러한 규제 기관에서 승인한 실험실에서 수행됩니다. 즉, 인증뿐만 아니라 실패에도 대가가 따릅니다. 예를 들어, 보드에 장애가 발생하면 보드 설계/구성 요소를 변경한 다음 다시 실험실로 가져와야 합니다. 각 Bluetooth Mesh 제품에 대해 이 인증은 처음에 제대로 수행할 경우 $20,000 이상이 소요될 수 있습니다. 인증 비용 외에 제품 출시는 각 인증 라운드 동안 소요된 추가 시간에 따라 지연됩니다. 이 경쟁적인 시장에서 시장 출시 시간은 성공을 위해 필수적입니다.

Bluetooth Mesh 제품은 Bluetooth 상표를 사용하려면 Bluetooth SIG 인증 테스트 시설에서 테스트를 받아야 합니다. 제품 인증을 통해 제품이 다른 Bluetooth Mesh 장치와 상호 운용될 수 있습니다. 또한 제품에 블루투스 브랜드명을 사용하고 블루투스 메시 제품으로 판매하기 위해서는 법적 권리를 확보하기 위해 신고 및 등재가 필요합니다.

모듈로 Bluetooth 메시 지원 제품 설계

디자인에서 모듈을 사용할 때의 장점과 단점에 대해 알아보기 전에 모듈이 무엇이고 무엇을 제공하는지 빠르게 검토해 보겠습니다. 모듈은 일반적으로 크기, 안테나 유형 및 비용 면에서 광범위하게 제공됩니다. 모듈은 응용 프로그램에 필요한 성능을 달성하면서 Bluetooth Mesh 장치의 작동에 필요한 대부분 또는 모든 주요 구성 요소를 통합합니다. 모듈을 사용하면 RF 레이아웃 설계의 복잡성이 제거됩니다. 개별 솔루션을 구축하는 것에 비해 모듈을 사용하면 추가 비용이 발생하지만, 자체 전문 지식이 부족한 경우 모듈을 제품에 Bluetooth 메시 연결을 추가하는 가장 빠르고 쉬운 방법입니다.

모듈 사용의 가장 큰 장점은 시스템 설계자가 모듈 제조업체가 수년간 배우고 얻은 전문 지식을 활용할 수 있다는 것입니다. 모듈이 여러 산업 분야의 여러 제품에 사용된다는 점을 감안할 때 이 전문 지식은 광범위할 수 있습니다. 간단히 말해서, 시스템 설계자는 사내 RF 전문 기술 개발에 선행 투자를 하지 않고도 제조업체의 모든 전문 지식에 액세스할 수 있습니다.

일부 모듈은 완전히 인증되었으며 필수 규제 인증을 확보하는 데 드는 번거로움과 비용을 없애줍니다. 일부 디자인의 경우 보드 레이아웃이나 구성 요소의 작은 변경이 완전한 재인증을 의미합니다.

모듈과 개별 솔루션 중에서 선택

모듈은 R&D 및 인증의 관점에서 모든 애플리케이션에 적합합니다. 단점은 개별 장치에 비해 추가 비용이 든다는 것입니다. 전통적으로 OEM은 손익분기점을 사용하여 구매 또는 구축 여부를 결정합니다. 이 수치는 사내 전문 지식을 개발하는 데 드는 시간과 비용에 대한 투자와 비교하여 이사회당 증가된 비용의 균형을 유지합니다.

복잡하고 다양한 비용이 수반되기 때문에 Bluetooth 메시 모듈은 최대 250K 장치 범위의 볼륨에 효과적일 수 있습니다. 대용량의 경우 개별 장치 기반 접근 방식이 일반적으로 더 경제적입니다. 그러나 많은 OEM의 경우 가격이 유일한 고려 사항이 아닙니다. 전반적으로 연결을 추가하는 것은 복잡하거나 일부 응용 프로그램별 인증이 필요한 시스템에서는 그다지 중요하지 않을 수 있습니다. OEM은 엔지니어링 리소스를 회사의 진정한 부가가치에 집중하는 것을 선호합니다. 또한 향후 연결 및 보드 재스핀 및 인증을 유지하기 위해 필요한 사항에 대한 추가 고려 사항이 있습니다.

초기 볼륨을 예측할 수 없는 새 제품의 경우 일반적으로 모듈로 시작하는 것이 좋습니다. 이것은 투자를 낮게 유지합니다. 제품 볼륨이 증가하면 제품이 개별 장치 기반 솔루션으로 마이그레이션될 수 있습니다. 이것이 전략이라면 개별 장치로의 쉬운 전환 경로를 제공하는 모듈을 선택하는 것이 중요합니다.

Bluetooth 메시 IC 및 모듈이 다른 공급업체에서 제공되는 경우 마이그레이션에 다른 개발 도구가 필요할 수 있으므로 펌웨어를 변경하는 데 필요한 복잡성이 증가합니다. IC와 모듈을 모두 제조하는 공급업체를 선택하면 상당한 이점을 얻을 수 있습니다. 대부분의 경우 개별 장치 기반 솔루션과 모듈이 동일한 개발 도구와 소프트웨어 개발 키트를 사용하도록 합니다. 따라서 이 마이그레이션을 완료하기 위해 펌웨어를 변경할 필요가 없을 수 있습니다. 즉, 제품 비용을 낮추기 위해 보드를 다시 회전하고 인증만 하면 됩니다.

예를 들어, Cypress는 다양한 크기와 안테나 옵션의 모듈과 IC를 제공합니다. 해당 IC를 기반으로 하는 개별 솔루션 및 모듈은 마이그레이션을 위한 원활한 경로를 제공하는 동일한 개발 도구에서 지원됩니다. 예를 들어 아래 표는 Cypress의 Bluetooth Mesh 장치인 CYW20819의 예와 각 모듈과의 비교를 보여줍니다.

CYW20819CYBT213043-02(CYW20819 기반 모듈)소프트웨어 개발 키트(SDK)BT SDKBT SDK통합 개발 환경(IDE)ModusToolbox ^TM ModusToolbox전송 전력4 dBm4 dBm안테나NoPCB24-MHz crystalNoYes규제 인증NoFCC, ISED, MIC, CE

표에서 볼 수 있듯이 IC와 모듈은 모두 동일한 SDK 및 IDE에서 지원되므로 펌웨어에 대한 추가 투자 없이 모듈과 개별 장치 사이를 쉽게 전환할 수 있습니다. 동시에 모듈은 모든 장치 기능을 지원하고 통합 크리스탈 및 안테나 및 규제 인증과 같은 모든 이점을 제공합니다.

완전히 인증된 모듈은 모든 Bluetooth Mesh 제품의 출발점이 될 수 있습니다. <250K 장치의 경우 모듈 기반 솔루션이 개별 장치 기반 설계에 비해 더 경제적일 수 있습니다. 대용량의 경우 개별 장치 기반 설계가 더 비용 효율적일 수 있지만 자체 또는 아웃소싱 비용을 개발하려면 상당한 전문 지식이 필요합니다. 모듈로 시작하는 경우 볼륨이 증가함에 따라 개별 장치로의 쉬운 마이그레이션 경로를 제공하는 모듈을 선택하는 것이 중요합니다.

"Bluetooth Mesh로 디자인하기" 시리즈의 이전 기사 읽기:
1부:노드 및 기능 유형
2부:노드 통신
3부:개인정보 보호 및 보안
4부:기기 요구사항