AN54LM Series, Bluetooth 6.0, LGA module; nRF54LM20A based

Zusätzlich zu Bluetooth 5.4/6.0 Low Energy unterstützen die AN54LM-Module mehrere 2,4-GHz-IoT-Protokolle. Dazu gehören IEEE-802.15.4-Protokolle wie Zigbee und Thread (Matter) sowie proprietäre 2,4-GHz-Modi. Die Module unterstützen außerdem aufkommende Standards wie Amazon Sidewalk, und in der Dokumentation der U20-Variante wird auch die Unterstützung von Aliro erwähnt (ein kommendes 2,4-GHz-Ökosystem). All diese Protokollfunktionen werden durch den Nordic nRF54LM20A SoC ermöglicht und geben Ihnen die Flexibilität, dieselbe Hardware für mehrere Funk-Stacks zu nutzen (je nach Anwendungsfall einzeln oder zeitlich verschachtelt parallel).

Ja. Bluetooth 6.0 Low Energy (wie im nRF54LM20A implementiert) bleibt abwärtskompatibel zu Bluetooth-5.x- und 4.x-Low-Energy-Geräten. Das bedeutet, dass ein AN54LM-Modul mit älteren BLE-Geräten (z. B. Smartphones, Sensoren oder Gateways mit BLE 4.2/5.0) über die standardmäßigen BLE-Protokolle kommunizieren kann. Die Bluetooth-6.0-Spezifikation ergänzt vor allem neue Funktionen (wie Channel Sounding und Erweiterungen für LE Audio), nutzt jedoch weiterhin dasselbe grundlegende Funk- und Protokoll-Framework und gewährleistet damit die Interoperabilität mit früheren Generationen von Bluetooth Low Energy.

Channel Sounding ist eine Funktion der neuesten Bluetooth-Spezifikation (oft informell als Bluetooth 5.4 oder 6.0 bezeichnet). Damit kann ein Empfänger die Eigenschaften des Funkkanals anhand spezieller Referenzsignale des Senders bewerten. In der Praxis ermöglicht Channel Sounding präzisere Distanz- und Positionsmessungen, etwa durch die Analyse von Phase und Amplitude des empfangenen Signals. Für Ihre Anwendung bedeutet das, dass sich ein AN54LM-Modul potenziell für hochpräzise Indoor-Positionierung, Peilung (Angle of Arrival/Departure) oder eine adaptive HF-Abstimmung zur Verbesserung der Verbindungszuverlässigkeit einsetzen lässt. Wenn Sie standortbezogene IoT-Geräte entwickeln oder stabile Verbindungen in anspruchsvollen HF-Umgebungen benötigen, bietet die Unterstützung für Channel Sounding ein neues Werkzeug, um diese Fähigkeiten auszubauen.

Die Wahl hängt von den Größenbeschränkungen Ihres Geräts und den Anforderungen an die Reichweite ab:

• Die Chip-Antenne (AN54LM-20) ist eine winzige Keramikantenne, die direkt in das Modul integriert ist. Sie spart Platz, vereinfacht das Design und eignet sich gut für Anwendungen mit mittlerer Reichweite (in Innenräumen oder über Distanzen von einigen Dutzend Metern). Wählen Sie diese Variante für sehr kompakte Geräte, bei denen jeder Millimeter zählt und Sie eine All-in-One-Lösung möchten.
• Die PCB-Antenne (AN54LM-P20) ist eine auf der Leiterplatte des Moduls aufgedruckte Antenne. Sie bietet in der Regel einen ähnlichen oder leicht besseren Gewinn als die Chip-Antenne und ist eine kosteneffiziente interne Lösung. Sie ist ein guter Mittelweg, wenn etwas mehr Platz zur Verfügung steht – bei idealen Bedingungen sind zuverlässige Reichweiten von potenziell einigen hundert Metern bei Sichtverbindung möglich, ohne dass zusätzliche externe Komponenten nötig sind.
• Die u.FL-Anschlussoption (AN54LM-U20) ermöglicht den Anschluss einer externen Antenne Ihrer Wahl (z. B. Drahtmonopol, Dipol, Patch usw.). Das ist ideal, wenn Sie für Ihre Anwendung maximale Reichweite oder einen bestimmten Antennentyp benötigen. In Long-Range- oder Outdoor-Szenarien können Sie beispielsweise eine externe Antenne mit höherem Gewinn anschließen, um die Kommunikationsdistanz deutlich zu erhöhen. Der Kompromiss ist eine etwas größere Modulbauform für den Anschluss sowie die Notwendigkeit, eine externe Antennenkomponente in Ihr Produkt zu integrieren.

Kurz gesagt: Verwenden Sie die u.FL-Variante für maximale Reichweite oder höchste Antennenflexibilität, die Chip-Variante für ultrakompakte Designs und die PCB-Variante als ausgewogene interne Lösung dazwischen.

Die AN54LM-Module sind im Hinblick auf regulatorische Konformität entwickelt. Laut Herstellerangaben sind sie darauf ausgelegt, Zertifizierungen für FCC (USA), IC (Kanada), CE (Europa), Telec MIC (Japan), KC (Korea), SRRC (China), NCC (Taiwan), RCM (Australien/Neuseeland) und WPC (Indien) zu erreichen. Das bedeutet, dass die Hardware so ausgelegt und entwickelt wurde, dass sie die Grenzwerte dieser Regionen für HF-Emissionen und Störfestigkeit erfüllt. In der Praxis können Sie als Produktentwickler durch den Einsatz eines vorzertifizierten Moduls den Zertifizierungsprozess Ihres eigenen Geräts vereinfachen, da der Funkteil bereits geprüft ist. Wichtig ist jedoch, stets den aktuellen Status zu prüfen: Wenn diese Module neu auf dem Markt sind, können sich einzelne Zertifizierungen noch im Verfahren befinden. Fordern Sie daher immer die Zertifizierungsberichte oder Kennungen des Moduls an und stellen Sie sicher, dass Sie das Modul gemäß den vorgegebenen Layout-Richtlinien integrieren (Antennenfreiraum, Massefläche usw.), um die Konformität zu erhalten. Im Zweifel sollten Sie den Modullieferanten nach dem aktuellen Zertifizierungsstatus und nach regionsspezifischen Anforderungen fragen.

Ja – mit einigen Einschränkungen. Das zugrunde liegende nRF54LM20A SoC unterstützt den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Protokolle per Zeitschlitzverfahren. Das bedeutet, dass Sie beispielsweise einen Bluetooth Low Energy Stack und einen Thread-(802.15.4)-Stack auf demselben Modul ausführen können, wobei die Funkereignisse zeitlich verschachtelt werden, sodass jedes Protokoll eigene Zeitslots erhält. Nordics SoftDevice und Thread SDK (oder das vereinheitlichte nRF Connect SDK mit Zephyr RTOS) unterstützen einen solchen Parallelbetrieb. In der Praxis kann Ihre Firmware also so ausgelegt werden, dass sie beispielsweise BLE-Kommunikation und gleichzeitig ein Zigbee- oder Matter-Netzwerk verarbeitet. Die Dual-Core-Architektur des AN54LM (mit einem Arm M33 und einem RISC-V-Koprozessor) hilft zusätzlich, indem bestimmte Aufgaben ausgelagert und Echtzeitanforderungen besser beherrscht werden. Beachten Sie jedoch, dass der parallele Betrieb mehrerer Protokolle den Durchsatz oder die Latenz leicht beeinflussen kann, da sich die Protokolle die Funkzeit teilen. Es handelt sich aber um eine erprobte Funktion. Das ist besonders nützlich für Gateway-Geräte oder Brücken – etwa wenn ein Gerät per BLE mit einem Smartphone kommuniziert und gleichzeitig in einem Thread-/Matter-Mesh-Netzwerk aktiv ist. Mit einem einzigen AN54LM-Modul lässt sich ein solches Szenario realisieren.

Die Kommunikationsreichweite hängt von der Antennenoption und der Umgebung ab:

• Mit den integrierten Chip- oder PCB-Antennen sind unter idealen Bedingungen im Außenbereich bei freier Sicht typischerweise 50 bis 200 Meter erreichbar. In Innenräumen, durch Wände hindurch, liegt die praktische Reichweite eher bei einigen Dutzend Metern, was in der Regel für die Abdeckung eines Raums oder benachbarter Räume ausreicht. Die PCB-Antennenvariante kann aufgrund ihrer Größe und ihres Designs in manchen Fällen geringfügig besser abschneiden als die Chip-Antenne, beide liegen jedoch in einer ähnlichen Leistungsklasse.
• Mit einer externen Antenne (u.FL-Anschluss) lässt sich die Reichweite deutlich erhöhen. Mit einem hochwertigen Dipol oder einer Viertelwellen-Stabantenne können im Außenbereich bei freier Sicht mehrere hundert Meter bis zu 1 km erreicht werden, vorausgesetzt, die Umgebung ist frei und die Sendeleistung beträgt +8 dBm. In komplexen Innenraumsituationen profitieren Sie ebenfalls von einer besseren Abdeckung gegenüber den integrierten Antennen.

Wichtig ist auch, dass diese Module eine maximale Sendeleistung von etwa +8 dBm und eine sehr gute Empfangsempfindlichkeit aufweisen (etwa –96 bis –98 dBm bei 1 Mbps BLE). Diese Funkleistung ermöglicht in Verbindung mit einer geeigneten externen Antenne Verbindungen über große Distanzen, ähnlich wie in Bluetooth Long Range-Szenarien. Die tatsächlichen Ergebnisse hängen jedoch von Hindernissen, Störungen und dem Antennengewinn ab – die reale Reichweite kann also variieren. Dennoch deckt die AN54LM-Serie typische Distanzen in Smart-Home- oder Industrieumgebungen zuverlässig ab, und die U20-Variante bietet bei Bedarf noch deutlich mehr Spielraum.

Die AN54LM-Serie basiert auf einem ultraenergieeffizienten Design. Im aktiven Betrieb arbeitet das Funkmodul des nRF54LM20A angesichts seiner Leistung sehr effizient: So liegt die Stromaufnahme beim Empfang von Bluetooth LE-Paketen typischerweise bei etwa 3–4 mA, beim Senden mit 0 dBm bei rund 4–5 mA (bei 3 V Versorgungsspannung). Dank architektonischer Verbesserungen entsprechen diese Werte trotz der höheren CPU-Geschwindigkeit denen früherer Nordic-Chips oder übertreffen sie sogar. In der Praxis bedeutet das: Bei Bluetooth LE Advertising oder in einem Zigbee-Mesh arbeitet das Funkmodul im Duty-Cycle-Betrieb – die Ströme im Milliampere-Bereich treten also nur in kurzen Intervallen auf. Befindet sich das Modul im Leerlauf oder in einem Sleep-Modus, sinkt die Stromaufnahme drastisch (auf nur wenige Mikroampere, abhängig vom Schlafzustand und davon, welche Peripheriefunktionen abgeschaltet sind). Läuft beispielsweise die RTC weiter und bleibt der RAM-Inhalt erhalten, sind einige Dutzend Mikroampere möglich; im tiefsten Schlafmodus (System OFF) kann der Wert deutlich unter 1 µA liegen. Das eröffnet ein hervorragendes Batterielaufzeitpotenzial. Ein Sensor mit Knopfzelle könnte mit einem AN54LM-Modul beispielsweise über Jahre hinweg betrieben werden, wenn er nur kurz zum Senden von Daten aufwacht. Der Gesamtenergieverbrauch hängt natürlich von Ihrem Nutzungsprofil ab – also davon, wie oft gesendet wird, wie viel Strom die Sensorik benötigt usw. –, aber das Modul selbst wird dabei nicht zum Engpass: Es ist für den langfristigen Betrieb mit Batterie oder Energy-Harvesting-Stromquellen optimiert.

Sicherheit war ein zentraler Entwicklungsschwerpunkt der SoCs der nRF54-Serie. Die AN54LM-Module übernehmen eine Reihe fortschrittlicher Sicherheitsfunktionen vom nRF54LM20A:

• Sie implementieren die Technologie Arm® TrustZone®, mit der sich sicherer und nicht sicherer Code auf dem Cortex-M33 voneinander trennen lassen. Dadurch können sensible Routinen oder Daten – etwa kryptografische Schlüssel oder Bootloader – vom Rest der Anwendung isoliert werden. Das verringert das Risiko, dass unbeabsichtigter Code darauf zugreift oder sie verändert.
• Integriert ist zudem ein kryptografischer Beschleuniger, der symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung (AES, ECC usw.) unterstützt und Schutzmechanismen gegen Seitenkanalangriffe (z. B. Leistungsanalyse) bietet. Diese Hardwarebeschleunigung sichert nicht nur die Kommunikation ab – etwa durch schnelles AES-CCM für Bluetooth LE-Pakete oder TLS-Handshakes für Matter –, sondern erledigt das auch effizient, ohne die CPU unnötig zu belasten.
• Das Bauteil unterstützt einen Secure Boot-Prozess mit einer unveränderlichen Root of Trust. In der Praxis bedeutet das, dass das Modul beim Start digitale Signaturen der Firmware prüfen kann, sodass nur authentischer und unveränderter Code ausgeführt wird. In Verbindung mit Funktionen wie dem Schutz des Debug-Ports (also dem Sperren der SWD-/JTAG-Schnittstelle im Feldeinsatz) wird es für Angreifer sehr schwierig, Ihre Firmware auszulesen oder zu manipulieren.
• Weitere Funktionen umfassen Manipulationserkennung (der Chip kann bestimmte Pins oder Zustände überwachen und Versuche erkennen, die Hardware zu öffnen oder zu sondieren) sowie Unterstützung für sichere Schlüsselspeicherung.

Insgesamt bietet die AN54LM-Serie Sicherheitsfunktionen auf PSA Level 3-Niveau – ein hohes Absicherungsniveau für IoT-Geräte. Kurz gesagt: Diese Module lassen sich bedenkenlos in Anwendungen einsetzen, die sensible Daten verarbeiten oder einen robusten Schutz vor unbefugtem Zugriff erfordern.

Ja, das AN54LM ist auf ein störungsarmes Zusammenspiel mit Wi-Fi ausgelegt – insbesondere dann, wenn Sie den von Nordic empfohlenen Ansatz nutzen. Der nRF54LM20A (und damit auch das Modul) verfügt über eine 3-wire\/4-wire hardware coexistence interface. Über diese Schnittstelle kann die Koordination mit einem externen Wi-Fi 6 companion-Chip wie dem nRF7002 von Nordic erfolgen. In der Praxis bedeutet das: Bluetooth/Thread/Matter auf dem AN54LM-Modul kann sich mit einem Wi-Fi-Funkmodul abstimmen, damit beide nicht gleichzeitig im überlappenden 2,4-GHz-Band senden. Das vermeidet gegenseitige Störungen und optimiert den Gesamtdurchsatz. Das SDK von Nordic stellt Treiber für diese Koexistenzschnittstelle bereit. Wenn Sie beispielsweise ein AN54LM-Modul und ein 2,4-GHz-Wi-Fi-Modul auf derselben Leiterplatte integrieren – ein typisches Szenario bei IoT-Gateways –, verbinden Sie deren Koexistenzsignale (üblicherweise als PRI, GRANT, REQUEST bezeichnete Leitungen usw.). Auf diese Weise handeln die beiden Funkmodule ihre Sendezeit untereinander aus: Wenn Wi-Fi senden oder empfangen muss, kann es dem BLE-Modul signalisieren, kurz zu warten – und umgekehrt. Das Ergebnis ist ein paralleler Betrieb mit nur minimalen Leistungseinbußen. Darüber hinaus sorgen die sehr guten Blocking- und Selektivitätswerte des AN54LM für eine hohe inhärente Störfestigkeit gegenüber 2,4-GHz-Interferenzen. Mit einem sauberen Design können Sie also problemlos Bluetooth LE und Wi-Fi gleichzeitig in einem einzigen, auf AN54LM basierenden Gerät betreiben und so kombinierte Konnektivitätslösungen realisieren (z. B. eine Brücke von Thread zu Wi-Fi).