Here is "PLDWorld.{블로그}"...: 노키아의 N810, 모바일 와이맥스 단말기 해부

NE-Korea

차세대 이동통신용 서비스로 기대를 모으고 있는 '모바일 와이맥스(IEEE 802.16e)는 기지국에서 단말기까지 수 Mbps의 고속 데이터 전송속도를 제공한다. 지난 2008년 9월 말에 스프린트 넥스텔(Sprint Nextel)이 미국 일부 지역에서 상용 서비스를 시작했다.^{주 1)}
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주 1) 스프린트 넥스텔이 2008년 9월말 자사의 모바일 와이맥스 서비스 'XOHM'을 미국 메릴랜드주 볼티모어에서 개시했다. 2009년 1월부터는 미국 오레곤주 포틀랜드에서도 서비스를 시작했다.

서비스 개시 초기, 대응 단말기는 노트북용 PC카드 타입의 어댑터 등이 고작이었으나, 최근 핀란드의 노키아(Nokia)가 개인용 정보단말기를 발매하기 시작했다.

'N810 인터넷 태블릿(Internet Tablet)'에 모바일 와이맥스 통신 기능을 추가한 'N810 인터넷 태블릿 와이맥스 에디션(Internet Tablet WiMAX Edition)'이 그것이다. 이 모델은 모바일 와이맥스와 무선 LAN을 사용한 IP 텔레포니 외에 오디오, 동영상 재생, 웹 브라우저 등의 기능을 갖추고 있다.^{주 2)} 모바일 와이맥스의 트랜시버 회로를 내장한 첫 번째 소형 개인단말기라는 점에서도 업계의 많은 주목을 받았다.
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주 2) 크기는 128×72×16mm이며, 무게는 229g이다. 4.13인치의 WVGA 대응 LCD패널을 갖추고 있다. XOHM 서비스로 이용할 수 있다.

하드웨어가 어떻게 구성되어 있는지를 알아보기 위해 전자산업 리서치 회사인 내비안(Navian Inc)의 협력을 받아 단말기를 분해, 내부 구성을 살펴보았다.

메인 기판에 양면 실장

노키아의 와이맥스 에디션은 손바닥 크기의 단말기로 무게는 229g이다. 일본 내수용 휴대폰이나 스마트폰과 비교하면 다소 무겁게 느껴진다(그림 1). 탑재된 1500mAh 용량의 리튬 폴리머 2차 전지 'BP-4L'의 무게만 32g이다. 모바일 와이맥스로 통신하면서 연속해서 최대 3시간의 웹서핑이 가능하다.^{주 3)}
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주 3) BP-4L은 노키아 스마트폰인 'E90 커뮤니케이터(Communicator)'등에도 이용되고 있다.

본체 뒤쪽의 커버를 벗기고 전지를 빼내면 몸체 전체를 받쳐주는 금속 프레임이 보인다. 본체의 강도를 높이기 위해 사용된 것으로 생각되는 이 프레임은 아주 튼튼해 보인다. 이 금속 프레임과 본체를 연결해 주는 6각형의 나사를 뽑으면 메인 기판이 드러난다.

메인 기판에는 부분적으로 금속 실드 가공을 한 부분이 양쪽에 6군데가 있으며 아무것도 실장되지 않은 영역이 많다. 기판에는 빈 공간이 많다. 이 정도면 메인 기판 한쪽 면에 모든 부품을 실장할 수 있을 정도이다.

서브 기판 등은 보이지 않으며 기판은 1장으로 구성되어 있다. 무선 송수신 기능을 갖춘 정보 단말기의 경우 무선 트랜시버 회로를 서브 기판에 나누어 실장하는 방식을 자주 볼 수 있다. 이번 단말기는 원래 있었던 개인 정보단말기에 모바일 와이맥스의 송수신 기능을 나중에 추가한 제품이기 때문에 서브 기판을 활용할 것으로 예상했었다. 그러나 실제 구성은 메인 기판에 모든 회로를 실장하는 방식이었다.

모바일 와이맥스 대응이 아닌 통상적인 N810 메인 기판과 비교하면 부품의 레이아웃에 큰 변경 없이 몇 가지 회로가 가지런하게 추가되어 있을 뿐이다. 내비안의 요시야스 안도(Yoshiyasu Andou) 대표이사는 "노키아는 N810을 처음 설계할 때부터 모바일 와이맥스에 대한 대응을 상정했을 것"이라며, "서브기판을 사용하지 않고 모바일 와이맥스의 트랜시버 회로를 가지런하게 추가해 놓은 것이 하나의 증거"라고 추측했다.

RF회로는 한 곳에 레이아웃

모바일 와이맥스의 트랜시버 회로는 RF 회로부와 베이스밴드 처리부를 기판의 앞뒤로 나누어 실장했다(그림 2). RF 회로부는 애플리케이션 프로세서와 플래시 메모리를 한 패키지에 집적한 회로와 음성 코덱 IC, USB 2.0 컨트롤러 IC 등과 같은 면에 두었다.

모바일 와이맥스용 RF 트랜시버 IC는 인텔 제품을 채택했다.^{주 4)} 이 칩과 나란히 ST마이크로일렉트로닉스의 무선 LAN용 트랜시버 IC와 CSR의 블루투스용 IC를 실장하는 등 RF 회로부는 한 곳에 집중시켜 레이아웃했다.
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주 4) 모바일 와이맥스용 칩셋의 공급 메이커는 미국과 유럽의 반도체 벤처기업이 많다. 인텔과 같은 세계적인 메이커의 제품을 채용한 기기의 사례는 아직 많지 않은 편이다.

칩 하부에 녹색 기판

와이맥스의 RF 회로부를 돋보기로 확대해 관찰해 보면 인텔의 칩은 메인 기판 위에 직접 실장된 것이 아니라 녹색 기판 위에 실장되어 있다. 세라믹으로 만든 'LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)'를 사용한 모듈 제품으로 보인다. 기판 색으로 판별해 보건대, 이번에 분해한 기종은 무라타 제작소의 모듈을 사용한 것으로 보인다.

노키아는 인텔의 RF 트랜시버 IC를 사용한 LTCC 타입의 모바일 와이맥스 RF 회로 모듈을 제조하고 있다. 따라서 이 단말기는 노키아와 TDK 2개사로부터 RF 모듈을 조달한다는 소문을 입증한 셈이다.

RF 회로 모듈은 모바일 와이맥스가 이용하는 2.5GHz 대역의 RF 필터와 파워앰프 등을 형성하고 있다. 이 때문에 모듈 외부에는 개별 부품이 거의 보이지 않는다(그림 3). RF 회로부에 모듈 제품을 채용하면 기기 메이커에 따라서는 실장 설계가 현저히 쉬워진다는 것을 확인할 수 있다. 모바일 와이맥스의 RF 회로 모듈 공급은 현재 일본 메이커를 중심으로 이루어지고 있다.

안테나와 스피커를 일체화

메인 기판의 반대쪽 면에는 키보드용 스위치 모듈 외에 전력관리 IC 등이 실장되어 있다(그림 4). 모바일 와이맥스의 베이스밴드 프로세서는 이쪽 면에 실장되어 있다. 삼성전자의 플래시메모리 바로 윗부분이다.

플래시메모리 옆에는 텍사스 인스트루먼츠(TI)의 GPS 리시버 칩이 있다. GPS 리시버 칩은 본체 내부의 EMI의 영향을 받기 쉽기 때문에 무선 LAN과 모바일 와이맥스의 RF 회로부의 반대쪽에 실장한 듯 하다.

모바일 와이맥스 안테나는 무선 LAN용 안테나와 스피커를 통합한 모듈 부품으로 되어 있다(그림 5). 외관으로는 확인할 수 없었으나 모바일 와이맥스가 MIMO(Multiple Input Multiple Output)를 이용하는 것으로 보아 와이맥스용 2쌍과 무선 LAN용, 모두 3쌍의 안테나 디바이스가 내부에 제작되어 있는 것으로 보인다.