AN54LM Series, Bluetooth 6.0, LGA module; nRF54LM20A based

Naast Bluetooth 5.4/6.0 Low Energy ondersteunen de AN54LM-modules verschillende 2.4 GHz IoT-protocollen. Daaronder vallen IEEE 802.15.4-protocollen zoals Zigbee en Thread (Matter), evenals propriëtaire 2.4 GHz-modi. De modules bieden ook ondersteuning voor opkomende standaarden zoals Amazon Sidewalk, en in de documentatie van de U20-variant wordt ook Aliro genoemd (een aankomend 2.4 GHz-ecosysteem). Al deze protocolmogelijkheden worden mogelijk gemaakt door de Nordic nRF54LM20A SoC, waardoor u dezelfde hardware flexibel kunt inzetten voor meerdere draadloze stacks (één tegelijk of gelijktijdig via time-slicing, waar passend).

Ja. Bluetooth 6.0 Low Energy (zoals geïmplementeerd in de nRF54LM20A) blijft achterwaarts compatibel met Bluetooth 5.x- en 4.x Low Energy-apparaten. Dat betekent dat een AN54LM-module via de standaard BLE-protocollen kan communiceren met oudere BLE-apparaten (zoals smartphones, sensoren of gateways die BLE 4.2/5.0 gebruiken). De Bluetooth 6.0-specificatie voegt vooral nieuwe functies toe (zoals Channel Sounding en verbeteringen voor LE Audio), maar maakt nog steeds gebruik van hetzelfde fundamentele radio- en protocolframework. Daardoor blijft interoperabiliteit met eerdere generaties Bluetooth Low Energy gewaarborgd.

Channel Sounding is een functie die is geïntroduceerd in de nieuwste Bluetooth-specificatie (vaak informeel aangeduid als Bluetooth 5.4 of 6.0). Hiermee kan een ontvanger de eigenschappen van het radiokanaal beoordelen met behulp van speciale referentiesignalen van de zender. In de praktijk maakt Channel Sounding nauwkeurigere afstands- en positioneringsmetingen mogelijk, bijvoorbeeld door de fase en amplitude van het ontvangen signaal te analyseren. Voor uw toepassing betekent dit dat een AN54LM-module potentieel inzetbaar is voor zeer nauwkeurige indoor positionering, richtingsbepaling (Angle of Arrival/Departure) of adaptieve RF-afstemming om de verbindingsbetrouwbaarheid te verbeteren. Ontwikkelt u locatiebewuste IoT-apparaten of heeft u stabiele verbindingen nodig in uitdagende RF-omgevingen, dan biedt ondersteuning voor Channel Sounding een extra hulpmiddel om die mogelijkheden verder te versterken.

De keuze hangt af van de beschikbare ruimte in uw apparaat en de vereiste reikwijdte:

• De chipantenne (AN54LM-20) is een kleine keramische antenne die in de module is geïntegreerd. Die is ideaal om ruimte te besparen en het ontwerp te vereenvoudigen, en werkt goed voor toepassingen met een gemiddeld bereik (binnen of over enkele tientallen meters). Kies deze optie voor zeer compacte apparaten waarbij elke millimeter telt en u een alles-in-één oplossing wilt.
• De PCB-antenne (AN54LM-P20) is een geprinte antenne op de PCB van de module. Deze biedt doorgaans een vergelijkbare of iets betere versterking dan de chipantenne en is een kostenefficiënte interne oplossing. Het is een goede middenweg als u iets meer ruimte hebt: u krijgt een betrouwbaar bereik (onder ideale omstandigheden mogelijk enkele honderden meters bij vrij zicht), terwijl alles volledig geïntegreerd blijft.
• Met de u.FL-connectoroptie (AN54LM-U20) kunt u een externe antenne naar keuze aansluiten (bijvoorbeeld een draadmonopool, dipool, patchantenne enz.). Dit is ideaal als uw toepassing maximaal bereik of een specifiek antennetype vereist. In long-range- of buitentoepassingen kunt u bijvoorbeeld een externe antenne met hogere gain aansluiten om de communicatieafstand aanzienlijk te vergroten. De afweging is een iets grotere module om plaats te bieden aan de connector, plus de noodzaak om een externe antennecomponent in uw product te integreren.

Kort samengevat: kies de u.FL-variant voor het grootste bereik of maximale antenneflexibiliteit, de chipvariant voor ultracompacte ontwerpen en de PCB-variant als gebalanceerde interne oplossing daartussenin.

De AN54LM-modules zijn ontworpen met naleving van regelgeving als uitgangspunt. Volgens de informatie van de fabrikant zijn ze bedoeld om certificeringen te behalen voor FCC (VS), IC (Canada), CE (Europa), Telec MIC (Japan), KC (Korea), SRRC (China), NCC (Taiwan), RCM (Australië/Nieuw-Zeeland) en WPC (India). Dit betekent dat de hardware zo is ontworpen en uitgelegd dat deze voldoet aan de limieten voor RF-emissie en storingsgevoeligheid in deze regio’s. In de praktijk kunt u als productontwikkelaar met een vooraf gecertificeerde module het certificeringstraject van uw eigen apparaat vereenvoudigen (omdat het radiodeel al is getest). Het is echter belangrijk om altijd de actuele status te controleren: als deze modules net zijn uitgebracht, kunnen sommige certificeringen nog in behandeling zijn. Vraag daarom altijd de certificeringsrapporten of ID’s van de module op en zorg ervoor dat u de module integreert volgens de meegeleverde lay-outrichtlijnen (antennevrijhouding, ground plane enzovoort) om conformiteit te behouden. Neem bij twijfel contact op met de leverancier van de module voor de actuele certificeringsstatus en eventuele aandachtspunten per regio.

Ja, maar wel met enkele aandachtspunten. De onderliggende nRF54LM20A-SoC ondersteunt gelijktijdige werking van meerdere protocollen via time-slicing. Dat betekent dat u bijvoorbeeld een Bluetooth Low Energy-stack en een Thread-stack (802.15.4) op dezelfde module kunt laten draaien, waarbij radio-events worden afgewisseld zodat elk protocol tijdslots krijgt om te werken. Nordic’s SoftDevice en Thread SDK (of de uniforme nRF Connect SDK op basis van Zephyr RTOS) bieden ondersteuning voor dit soort gelijktijdige werking. In de praktijk kunt u uw firmware zo opzetten dat deze bijvoorbeeld BLE-communicatie en een Zigbee- of Matter-netwerk tegelijk afhandelt. De dual-core architectuur van de AN54LM (met een Arm M33 en een RISC-V-coprocessor) helpt daarbij extra door bepaalde taken over te nemen en real-time beperkingen te beheren. Houd er wel rekening mee dat het gelijktijdig draaien van meerdere protocollen de doorvoersnelheid of Latency enigszins kan beïnvloeden, omdat de radio zijn tijd moet verdelen, maar het is een beproefde functie. Dat is bijzonder nuttig voor gateway-achtige apparaten of bridges. Zo kan een apparaat dat via BLE met een smartphone communiceert en tegelijk deelneemt aan een Thread/Matter-meshnetwerk worden gerealiseerd met één enkele AN54LM-module.

Het communicatiebereik hangt af van de antenneoptie en de omgeving:

• Met de geïntegreerde chip- of PCB-antennes bereikt u onder ideale omstandigheden buiten, bij vrij zicht, doorgaans een bereik van 50 tot 200 meter. Binnenshuis, door muren heen, ligt het praktische bereik meestal op enkele tientallen meters, wat doorgaans voldoende is voor dekking in één ruimte of aangrenzende ruimtes. De variant met PCB-antenne kan in sommige gevallen iets beter presteren dan de chipantenne, dankzij formaat en ontwerp, maar beide zitten in dezelfde prestatieklasse.
• Met een externe antenne (u.FL-connector) kan het bereik aanzienlijk worden vergroot. Met bijvoorbeeld een kwalitatieve dipool- of kwartgolfsprietantenne kan het bereik buiten, bij vrij zicht, oplopen van enkele honderden meters tot 1 km (uitgaande van een vrije omgeving en een zendvermogen van +8 dBm). Ook in complexe binnenomgevingen krijgt u daarmee een betere dekking dan met de antennes op de module zelf.

Belangrijk om te vermelden is dat deze modules een maximaal zendvermogen hebben van ongeveer +8 dBm en een zeer goede ontvangstgevoeligheid (circa –96 tot –98 dBm voor 1 Mbps BLE). In combinatie met een goede externe antenne maakt deze radioprestatie verbindingen over lange afstand mogelijk, vergelijkbaar met Bluetooth Long Range-scenario’s. De werkelijke resultaten hangen uiteraard af van obstakels, interferentie en antenneversterking, dus de praktijk kan variëren, maar de AN54LM-serie dekt zeker de gebruikelijke afstanden in smart home- en industriële omgevingen. Met de U20-variant kunt u indien nodig nog aanzienlijk verder gaan.

De AN54LM-serie is opgebouwd rond een ultra-low-power ontwerp. In actieve modus is de nRF54LM20A-radio, gezien zijn prestaties, bijzonder efficiënt: het ontvangen van Bluetooth LE-pakketten verbruikt bijvoorbeeld ongeveer 3–4 mA, en zenden op 0 dBm circa 4–5 mA (bij een voedingsspanning van 3 V). Dankzij architectuurverbeteringen zijn deze waarden vergelijkbaar met of zelfs beter dan die van eerdere Nordic-chips, ondanks de hogere CPU-snelheid. In de praktijk betekent dit dat de radio bij gebruik van Bluetooth LE-advertising of een Zigbee-mesh in duty-cycle werkt en die milliampèrestromen dus alleen in korte pulsen trekt. Staat de module in idle of in een slaapmodus, dan daalt het stroomverbruik drastisch tot slechts microampères, afhankelijk van de slaaptoestand en van welke randapparatuur is uitgeschakeld. Met een actieve RTC en RAM-retentie ziet u bijvoorbeeld waarden van enkele tientallen microampères; in de diepste slaapstand (System OFF-modus) kan dat ruim onder 1 µA liggen. Dat vertaalt zich direct in een uitstekende batterijlevensduur. Een sensor op een knoopcel kan met een AN54LM-module bijvoorbeeld jarenlang werken als hij alleen kort ontwaakt om gegevens te verzenden. Het totale energieverbruik hangt uiteraard af van uw gebruikspatroon, zoals de zendfrequentie en het verbruik van de sensor, maar de module zelf vormt daarin geen bottleneck: hij is geoptimaliseerd voor langdurig gebruik op batterijen of energie-oogstende voedingsbronnen.

Beveiliging was een belangrijk speerpunt bij de SoC’s uit de nRF54-serie. De AN54LM-modules nemen een reeks geavanceerde beveiligingsfuncties over van de nRF54LM20A:

• Ze implementeren Arm® TrustZone®-technologie, waarmee u veilige en niet-veilige code op de Cortex-M33 van elkaar kunt scheiden. Daardoor kunnen gevoelige routines of gegevens, zoals cryptografische sleutels of bootloaders, worden afgeschermd van de rest van de applicatie. Zo wordt het risico kleiner dat onbedoelde code er toegang toe krijgt of deze wijzigt.
• Er is een ingebouwde cryptografische accelerator die symmetrische en asymmetrische versleuteling ondersteunt (AES, ECC enz.) en maatregelen bevat om side-channel-aanvallen, zoals vermogensanalyse, te voorkomen. Deze hardwareversnelling beveiligt niet alleen de communicatie, bijvoorbeeld via snelle AES-CCM voor Bluetooth LE-pakketten of TLS-handshakes voor Matter, maar doet dat ook efficiënt zonder de CPU zwaar te belasten.
• Het apparaat ondersteunt een secure boot-proces met een onveranderlijke root of trust. In de praktijk betekent dit dat de module bij het opstarten digitale handtekeningen op firmware kan verifiëren, zodat alleen authentieke en ongemodificeerde code wordt uitgevoerd. In combinatie met functies zoals debug port protection — waarmee de SWD-/JTAG-interface in het veld wordt vergrendeld — wordt het voor een aanvaller zeer moeilijk om firmware uit te lezen of te wijzigen.
• Extra functies zijn onder meer tamper detection — waarbij de chip bepaalde pinnen of condities bewaakt en pogingen detecteert om de hardware te openen of te onderzoeken — en ondersteuning voor secure key storage.

Alles bij elkaar biedt de AN54LM-serie beveiliging op PSA Level 3-niveau, een hoog betrouwbaarheidsniveau voor IoT-apparaten. Kortom, u kunt deze modules met vertrouwen inzetten in toepassingen die gevoelige gegevens verwerken of robuuste bescherming tegen ongeautoriseerde toegang vereisen.

Ja, de AN54LM is ontworpen om probleemloos naast Wi-Fi te werken, vooral als u de door Nordic aanbevolen aanpak volgt. De nRF54LM20A — en dus ook de module — beschikt over een 3-wire/4-wire hardware coexistence interface. Deze interface kan worden gebruikt om af te stemmen met een externe Wi-Fi 6 companion-chip, zoals de nRF7002 van Nordic. In de praktijk betekent dit dat Bluetooth/Thread/Matter op de AN54LM-module kan handshaken met een Wi-Fi-radio, zodat beide niet tegelijk uitzenden in de overlappende 2,4 GHz-band. Zo voorkomt u onderlinge interferentie en optimaliseert u de totale doorvoer. Nordic’s SDK levert drivers voor deze coex-interface. Integreert u bijvoorbeeld een AN54LM-module en een 2,4 GHz Wi-Fi-module op dezelfde printplaat — wat vaak voorkomt bij IoT-gateways — dan verbindt u hun coexistence-signalen met elkaar (meestal de lijnen PRI, GRANT, REQUEST, enz.). Daardoor onderhandelen de twee radio’s over airtime: wanneer de Wi-Fi moet zenden of ontvangen, kan die de BLE-module vragen even te wachten, en omgekeerd. Het resultaat is dat beide naast elkaar kunnen werken met minimale impact op de prestaties. Daarnaast zorgen de uitstekende blocking- en selectiviteitsspecificaties van de AN54LM voor een goede intrinsieke immuniteit tegen interferentie in de 2,4 GHz-band. Met een goed ontwerp kunt u dus zonder meer Bluetooth LE and Wi-Fi running simultaneously in één apparaat realiseren met een AN54LM, en zo gecombineerde connectiviteitsoplossingen mogelijk maken, zoals een brug van Thread naar Wi-Fi.