초저전력 Wi-Fi 연결을 제공하는 SoC

많은 IoT 제품에는 항상 Wi-Fi를 통한 안전한 연결이 필요하지만, 이는 거의 항상 배터리 수명 측면에서 타협의 대가를 치르게 됩니다.

Dialog Semiconductor는 초저전력 Wi-Fi 네트워킹 SoC인 DA16200과 Dialog의 VirtualZero 기술을 활용하여 Wi-Fi 연결 배터리 구동 IoT 장치에 더 긴 배터리 수명을 제공하는 2개의 모듈을 출시한다고 발표했습니다. 이 SoC에는 전력 증폭기(PA)와 저잡음 증폭기(LNA)가 통합되어 있어 외부 PA가 필요하지 않습니다. PA의 출력 전력은 필요할 때 +20dBm입니다. 한편, LNA는 -99.5dBm 수신기 감도를 제공합니다.

David Cohen은 "Dialog의 VirtualZero 기술을 사용하면 장치가 매우 낮은 평균 전류에서 Wi-Fi 네트워크에 연결되고 연결된 상태를 유지하여 일반적으로 1년 이상, 많은 경우 3~5년 이상 배터리 수명을 연장할 수 있습니다."라고 말했습니다. Dialog's Audio and Connectivity Business Unit의 수석 마케팅 이사입니다.

"대부분의 고객 애플리케이션은 AAA, AA 및 충전식 리튬 이온과 같은 소형 배터리를 사용하거나 코인 셀을 사용합니다."라고 Cohen은 말했습니다. “그러나 에너지 수확 장치가 약 85mA의 출력을 생성할 수 있다면 에너지 수확을 활용할 수 있습니다. 이러한 유형의 출력 전력은 활성 Tx 모드에서만 필요합니다. VirtualZero를 사용하면 장치에서 200nA(0.2uA)의 적은 양으로 Wi-Fi 연결을 유지할 수 있습니다.”

IoT 설계

아날로그/디지털 혼합 집적 회로는 개별 부품을 사용하는 동급 설계에 비해 더 작고 에너지 효율적이지만 이러한 이점은 설계 복잡성을 높이는 대가를 치르게 됩니다. 디지털, 아날로그 및 무선 주파수 회로를 통합한 장치를 만들고 테스트하는 것은 쉽지 않습니다.

방대한 센서 네트워크를 구축하려면 유지 보수 비용이 합리적인 한도 내에서 유지되도록 배터리가 오래 지속되어야 합니다. 많은 IoT 장치 설계자는 에너지 소비를 줄이기 위해 얕은 듀티 사이클 또는 다양한 유휴 및 절전 모드 사용과 같은 다양한 전략을 채택합니다.

“엔지니어링 관점에서 몇 가지 핵심 요소를 살펴보는 것이 중요합니다. 주요 요인은 장치가 Wi-Fi 연결을 유지하기 위해 소비해야 하는 총 평균 전류입니다. 대부분의 IoT 애플리케이션에는 실제 활성 트래픽이 많지 않습니다. 예를 들어, 일반적인 스마트 도어록은 하루에 1~20회 정도 실제 페이로드 데이터(자물쇠 열기, 자물쇠 닫기, 잠금 상태로 응답)를 송수신합니다. 99% 이상의 시간이 'Wi-Fi 준비' 상태에서 유휴 상태에 있습니다. Wi-Fi 네트워크에 연결되어 전류를 연소하지만 실제 데이터를 교환하지 않습니다. 그 유휴 시간은 정확히 배터리 수명을 소모시킵니다. 따라서 Wi-Fi 준비 상태에서 총 평균 전류를 매우 낮은 속도로 낮출 수 있다면 배터리 수명을 연장할 수 있습니다. 실제로 활성 Tx 및 Rx 전류는 이러한 애플리케이션에서 거의 중요하지 않습니다.”라고 Cohen이 말했습니다.

고성능 장치에서 프로세서, 디스플레이 및 무선 통신 인터페이스는 사용 가능한 에너지 예산의 대부분을 차지합니다. 이러한 장치가 에너지를 사용하는 방식을 이해한다는 것은 하위 시스템 간의 상호 작용을 모델링하여 서로의 영향과 전력 관리 시스템의 동작을 이해하는 것을 의미합니다.

"또 다른 고려 사항은 범위입니다. Wi-Fi 장치가 현실적이고 바쁜 환경에서 Wi-Fi 네트워크 연결을 유지하는 데 필요한 출력 전력 및 수신기 감도를 달성할 수 있습니까? 범위는 종종 랩톱과 같은 모바일 장치보다 많은 IoT 장치에서 더 중요합니다. 노트북의 Wi-Fi 연결이 불안정한 경우 몇 피트를 이동하여 연결이 개선되는지 확인할 수 있습니다. 그러나 도어록은 움직일 수 없으며 온도 조절 장치, 센서 등도 움직일 수 없습니다.”라고 Dialog의 Cohen은 말했습니다.

새로운 배터리 기술, 에너지 수확, 초저전력 전자 회로 및 에너지 소비를 제한하도록 설계된 통신 전략을 사용하여 설치 및 방치된 장치의 작동 수명을 연장할 수 있습니다.

DA16200 SoC(이미지:대화 상자)

보안

IoT 장치의 공통 요소는 소비자가 일상적으로 사용하는 것입니다. 이러한 기술은 종종 물리적 보안과 컴퓨터 보안 모두와 관련된 측면을 과소평가했습니다. 우려되는 것은 데이터 수집, 제3자에 의한 데이터 공유 및 변조와 관련된 것뿐만 아니라 이러한 개체가 원격으로 제어 및 관리될 수 있다는 가능성입니다. 악의적인 당사자.

DA16200 SoC 및 모듈에는 최신 하드웨어 암호화 엔진 및 잠재적 위협으로부터 보호하기 위한 인증 표준을 비롯한 업계 최고의 보안 프로토콜이 장착되어 있습니다.

“IoT 및 Wi-Fi 연결 장치에는 강력한 보안 기능이 필수적입니다. DA16200 SoC에는 Wi-Fi 레이어(WPA2 및 WPA3)를 비롯한 여러 보안 레이어가 있습니다. 개인 및 엔터프라이즈 모드가 모두 지원되며 EAP(확장할 수 있는 인증 프로토콜)를 지원합니다. 하드웨어의 TLS(전송 계층 보안) – 이를 통해 SoC에서 Amazon Web Services(AWS), Azure, Google Cloud 등과 같은 클라우드 서버로 직접 TLS 연결을 가속화할 수 있습니다. 또한 일반적이고 안전하지 않은 HTTP 연결을 HTTPS 보안 연결로 바꿉니다. 추가 암호화 도구에는 긴 AES(Advanced Encryption Standard) 키, 가속화된 Diffie-Helman, 해시 함수 및 타원 곡선 암호화가 포함됩니다. 보안 부팅 – 소프트웨어 이미지를 로드하기 전에 매번 인증합니다. JTAG 또는 직렬 와이어 디버그(SWD)를 통한 보안 디버그. 안전한 자산 저장 – 고객은 당사의 안전한 OTP(일회성 암호)를 사용하여 라이선스 키, 디지털 인증서 등을 구울 수 있습니다.”라고 Cohen이 말했습니다.

IoT의 개발 가능성은 다양하며 연결된 장치는 사이버 보안 및 개인 정보 보호 측면을 무시하지 않고 상호 운용성 및 통합을 증가시켜 서로 점점 더 호환될 것입니다. 또한 빅 데이터, IoT 및 AI 간의 더 큰 수렴이 있을 것입니다. 점점 더 많은 데이터가 실시간으로 수집되고 고급 분석 기술 덕분에 제품, 서비스 및 시스템이 점점 더 "지능화"되고 경쟁력을 갖추게 될 것입니다. .

>> 이 기사는 원래 다음 날짜에 게시되었습니다. 자매 사이트인 EE Times.