스파크 마이크로시스템즈, 초저전력·저지연 IoT용 UWB 트랜시버 출시

초광대역(UWB)이 전통적으로 정밀 거리 측정에 마케팅되어 온 반면, 몬트리올 기반 스파크 마이크로시스템즈(Spark Microsystems)는 이 기술을 재해석해 초저지연과 초저소비로 배터리 없는 IoT 센서에 전력을 공급하는 방향으로 발전시켰다.

회사는 SR1000 시리즈를 발표했다. 이는 1KB 데이터를 단 50µs 만에 전송할 수 있는 한 쌍의 저전력 UWB 트랜시버로, 블루투스 저에너지(BLE)보다 10배 이상 빠르고 1Mbps 동작 시 전력 소모는 40배 낮다. 최대 10Mbps 처리량으로 비디오 및 고음질 오디오 스트리밍 같은 대역폭 집약적 애플리케이션에도 적합하다.

이 칩들은 오늘날 케이블이 필요했던 엄격한 지연시간과 전력 예산을 무선으로 충족할 수 있는 솔루션의 문을 연다. 게이밍 주변기기, AR/VR 헤드셋, 스마트 홈 허브, 배터리 없는 센서가 저전력, 짧은 지연, 높은 데이터 레이트의 조합으로 혜택을 볼 수 있다.

라이선스가 필요한 2.4GHz 또는 5GHz 대역을 혼잡하게 만드는 다른 프로토콜과 달리, SR1000은 비면허 3.1GHz~10.6GHz 스펙트럼에서 동작한다. 넓은 대역에 낮은 밀도(-41.3dBm/MHz)로 에너지를 분산시킴으로써 UWB 접근법은 간섭을 최소화하고 와이파이, 블루투스, 지그비 기기와의 공존성을 개선한다.

캐리어 파가 아닌 단펄스 전송

공동 창립자이자 CTO인 프레데릭 나브키(Frederic Nabki)는 기존 라디오가 복잡한 시작 회로를 요구하고 상당한 전력을 소비하는 변조된 캐리어 주파수에 의존한다고 설명한다. 스파크의 설계는 캐리어를 2나노초 펄스로 대체해 송수신기를 마이크로초 단위로 켜고 끌 수 있게 하여 긴 워밍업 시간을 없애고 지연시간을 줄였다.

짧은 펄스는 매우 넓은 대역폭을 필요로 하지만, 손목시계에 쓰이는 것과 유사한 저전력 32kHz 석영 크리스털로 시스템을 구동할 수 있게 한다. 이 선택은 트랜시버와 시스템 레벨 모두에서 전력 소모를 절감한다.

나브키는 진정한 도전은 송수신기를 50µs 주기로 동기화하는 것이었다고 말한다. 저전력 크리스털과 맞춤형 타이밍 로직을 활용해 캐리어 안정화에 크게 의존하지 않고도 정밀한 동기화를 달성했다.

공존성도 또 다른 핵심 이점이다. SR1000의 방출량은 와이파이보다 약 1,000배, 블루투스보다 100배 낮아 다른 라디오들은 이를 배경 잡음으로 인식할 뿐 간섭으로 보지 않는다. 스파크는 와이파이 6와 셀룰러 신호 같은 협대역 간섭을 방어하기 위한 독자적인 제거 기술도 구축했다.

현재 SR1000 시리즈는 핀 호환되는 두 가지 변형으로 구성된다: 3.1GHz~6GHz 대역용 SR1010과 6GHz~9.5GHz용 SR1020. 둘 다 거리 측정, 위치 확인, 저지연 데이터 링크를 지원한다. 평가 보드와 레퍼런스 디자인이 제공되어 프로토타이핑을 가속화한다.

거리 측정을 넘어: 초저전력 데이터 전송

나브키는 UWB가 종종 포지셔닝과 연관되지만 진정한 약속은 데이터 통신에 있다고 강조한다. SR1000은 몇 마이크로와트 전력으로 10Mbps를 전송할 수 있어 연속적인 배터리 없는 감지에 이상적이다.

CEO 파레스 무바락(Fares Mubarak)은 전력과 지연시간 이점을 강조했다: "우리는 BLE보다 전력 40배, 블루투스 5.2보다 20배, 지연시간 60배 낮습니다. 1KB에 50µs 에어타임은 기존 어떤 표준보다 뛰어납니다." 또한 UWB의 비행시간 정확도가 매우 낮은 전력으로 30cm에 도달할 수 있으며, 2세대 칩에서는 10cm까지 개선될 것으로 예상했다.

잠재적 애플리케이션은 응답성을 높이는 서브 밀리초 지연시간의 게이밍, 비압축 사운드를 위한 서브 5ms 지연시간의 오디오, 유지보수를 줄이는 배터리 없는 모션 및 도어 센서의 스마트 홈, 장수명 타이어 압력 및 키팩 시스템을 구현할 수 있는 자동차 분야까지 다양하다.

디케이웨이브(Decawave), NXP, 애플의 U1 칩에 의해 UWB 채택이 증가하는 가운데, 스파크의 접근법은 현저히 더 낮은 전력과 더 높은 대역폭 대안을 제공해 개인영역 및 신체영역 네트워킹의 새로운 표준을 제시할 수 있다.