Moduly Bluetooth 5.x: technická referenční příručka pro nákup

Moduly Bluetooth 5.x jsou vyzrálou a dobře zdokumentovanou nákupní kategorií, ale situace ohledně předcertifikace FCC/CE je nuancovanější než u ESP32. Mnoho čínských dodavatelů deklaruje certifikaci na modulech, které nesou platná FCC ID patřící referenčnímu návrhu čipsetu, nikoli konkrétnímu modulu, který kupujete. U nositelné elektroniky a zařízení blízkých zdravotnictví je tento rozdíl klíčový.

Přehled

Moduly Bluetooth Low Energy (BLE) integrují rádiové SoC, krystal, pasivní součástky a často trasovou anténu na PCB nebo keramickou anténu do pouzdra s hradlovaným okrajem (castellation). Dominantními dodavateli čipsetů jsou Nordic Semiconductor (Norsko), Silicon Labs (USA), Qualcomm (USA prostřednictvím akvizice Airoha/CSR) a rostoucí skupina čínských domácích dodavatelů.

Zlepšení BLE 5.x oproti BLE 4.x nejsou marketing — Coded PHY (LE Coded) při 125 kbps nebo 500 kbps zdvojnásobuje efektivní dosah při stejném energetickém rozpočtu. LE Audio (BLE 5.2+) umožňuje zvuk v kodeku LC3 a vícestreamový zvuk pro TWS sluchátka. Channel Sounding (BLE 5.4/6.0) umožňuje měření vzdálenosti s přesností pod jeden metr. Požadavek na verzi BLE si určete dříve, než zvolíte rodinu čipsetu.

Klíčové specifikace

Parametr	Typický rozsah	Poznámky
Frekvence	2,4 GHz ISM (2402–2480 MHz)	40 kanálů, rozteč 2 MHz
Vysílací výkon (TX)	−20 až +8 dBm (standardní) / až +20 dBm (s PA)	nRF52840 dodáván do +8 dBm; varianty s PA přidávají externí zesilovač
Citlivost přijímače	−95 až −104 dBm při 1 Mbps	typicky −103 dBm pro nRF52840
Dosah (uvnitř budov)	10–40 m (PHY 1 Mbps) / 100–200 m (Coded PHY, 125 kbps)	silně závislý na prostředí
Flash (na čipu)	256 KB – 1 MB	Nordic: 256 KB (nRF52832) až 1 MB (nRF52840)
RAM (na čipu)	32–256 KB	zásobník SoftDevice spotřebuje 32–64 KB
Proud (RX)	4–7 mA	klíčový parametr pro výdrž baterie nositelné elektroniky
Proud (TX, 0 dBm)	5–8 mA	liší se dle SoC
Klidový proud	0,4–2,5 µA	s uchováním RAM; kritické pro návrhy s knoflíkovou baterií

Hlavní varianty

Nordic Semiconductor řada nRF52

SoC	Flash/RAM	Verze BLE	Klíčové vlastnosti	Příklad modulu
nRF52832	512 KB / 64 KB	BLE 5.0	SPI/I2C/UART/PWM, NFC, 32 GPIO	Raytac MDBT42Q
nRF52833	512 KB / 128 KB	BLE 5.1	určování směru (AoA/AoD), USB CDC	Fanstel BT833
nRF52840	1 MB / 256 KB	BLE 5.3	nativní USB 2.0, 802.15.4 (Zigbee/Thread), kryptografický akcelerátor	Raytac MDBT50Q, u-blox NINA-B4
nRF5340	1 MB + 256 KB / 512 KB + 64 KB	BLE 5.4	dvoujádrový (aplikační + síťový), LE Audio (LC3)	u-blox NORA-W10

nRF52840 je v současnosti doporučovanou volbou pro nové návrhy vyžadující maximální flexibilitu: v jediném SoC podporuje BLE, Thread, Zigbee i USB. nRF52832 zůstává vhodný pro cenově citlivé návrhy, kde 802.15.4 a USB nejsou potřeba.

Silicon Labs řada EFR32BG

SoC	Klíčová vlastnost	Případ použití
EFR32BG22	velmi nízká spotřeba, CPU 38,4 MHz	majáky a štítky aktiv na knoflíkové baterii
EFR32BG24	Matter + BLE 5.3, Security Vault	zařízení chytré domácnosti vyžadující Matter
EFR32MG24	víceprotokolové: BLE + Zigbee + Thread	můstková zařízení Matter

Silicon Labs dominuje prostoru Matter-over-Thread pro zařízení chytré domácnosti. Pokud váš produkt potřebuje podporovat Matter, vyplatí se EFR32MG24 nebo EFR32BG24 porovnat s nRF5340.

Dialog (Renesas) DA14531

Ultrakompaktní SoC navržený specificky pro provoz s jedním tlačítkem na baterii. Flash: 1 MB OTP (jednorázově programovatelná). Proud v režimu inzerování (advertising): 3,3 µA. Používá se v jednorázových zdravotnických senzorech a naslouchadlech. Omezený počet GPIO (11 použitelných). Možnosti modulů: MikroE SmartBLE Click, zakázkové návrhy od ODM výrobců v Shenzhenu.

Certifikovaní čínští dodavatelé modulů

Dodavatel	Modul	Čipset	Stav FCC/CE	Poznámky
Raytac (瑞泰科技, navrženo na Tchaj-wanu, vyráběno v Číně)	MDBT42Q, MDBT50Q, MDBT50Q-RX	nRF52832, nRF52840	platné granty FCC + CE	nejčastěji doporučovaný pro výrobu; dobrá anglická dokumentace
EBYTE	E104-BT5040U, E73-2G4M08S1E	nRF52840, nRF52832	CE; FCC se liší dle modelu	ověřte FCC grant pro přesný SKU na fcc.gov
u-blox	NINA-B4 (nRF52840), ANNA-B112	Nordic	FCC + CE + TELEC	švýcarská firma, montáž v Číně; prémiové ceny, vynikající dokumentace
Laird Connectivity	DVK-BL5340, BL5340	nRF5340	FCC + CE	podniková třída, silný US kanál; vyšší cena
HolyIOT	HY-BLE01, moduly nRF52840	nRF52840	CE; deklarace FCC vyžadují ověření per SKU	rozpočtové ceny; FCC granty pečlivě prověřte

Nákup z Číny: na co si dát pozor

Ověřte, že FCC grant platí pro konkrétní model modulu, nikoli jen pro čipset. FCC granty Nordic Semiconductor pokrývají jejich referenční modul. Čínský výrobce používající tentýž čip nRF52840 v jiném layoutu PCB potřebuje vlastní FCC grant. Vyhledejte na fcc.gov podle FCC ID a potvrďte, že uvedený držitel grantu a model modulu odpovídají vaší objednávce.
FCC ID vytištěné na modulu ≠ FCC grant pro daný modul. Někteří čínští dodavatelé tisknou na své moduly FCC ID z referenčního návrhu Nordic. To je podvodné a představuje to celní riziko. Vyžádejte si dokument DoC (Declaration of Conformity) a zkontrolujte, že jméno držitele grantu odpovídá vašemu dodavateli.
U nositelné elektroniky a produktů blízkých zdravotnictví počítejte s $8 000–15 000 na certifikaci jednoho modulu, pokud se předcertifikované moduly nehodí do vašeho BOM. Téměř vždy je levnější navrhnout produkt kolem Raytac MDBT50Q (který má platné granty) než certifikovat vlastní layout modulu.
Ověřte RF výkon ve skutečném pouzdře, nikoli na volném vzduchu. Kovová pouzdra, Li-Po baterie sousedící s anténou i efekt držení v ruce výrazně rozlaďují trasové antény na PCB. Raytac a u-blox poskytují pokyny pro umístění antény — řiďte se jimi.
Vyžádejte si traceabilitu výrobních šarží. Moduly Raytac jsou dodávány s QR kódy odkazujícími na testovací data výrobní šarže. To je ukazatel kvality; k čínským neznačkovým modulům, které nedokážou poskytnout rovnocennou dokumentaci, přistupujte obezřetně.

Časté problémy

Zkreslení FCC ID u čínských modulů: Z právního hlediska nejzávažnější problém v této kategorii. Celní orgány zabavily zásilky BLE modulů nesoucích FCC ID, která neodpovídají záznamům v databázi FCC. Pokud dovozce nedokáže předložit platný grant odpovídající fyzickému modulu, je zásilka v rozporu s předpisy bez ohledu na to, co dodavatel tvrdí.

Nekompatibilita verzí SoftDevice (Nordic BLE zásobník): SoC od Nordicu používají proprietární protokolový zásobník BLE (SoftDevice), který se musí flashovat odděleně od aplikačního firmwaru. Moduly jsou někdy dodávány se staršími verzemi SoftDevice (S132 v6 vs v7), které jsou nekompatibilní s novějšími verzemi Zephyr RTOS nebo nRF Connect SDK. Potvrďte verzi SoftDevice v datasheetu modulu a zajistěte, aby vaše vývojové prostředí firmwaru cílilo na tuto verzi.

Rozladění antény vlivem ruky u nositelné elektroniky: BLE 5.x na 2,4 GHz je výrazně utlumováno lidskou tkání. Návrhy chytrých hodinek, které umisťují BLE anténu nad zápěstí, dosahují o 6–10 dB horšího dosahu, než naznačují specifikace na volném vzduchu. To ovlivňuje spolehlivost OTA aktualizací a vzdálenost synchronizace dat. Testujte v poloze na těle během validace návrhu.

Požadované certifikace

Trh	Certifikace	Odhad nákladů	Časový rámec
USA	FCC Part 15C (BLE)	$5 000–12 000	8–14 týdnů
EU	CE (RED 2014/53/EU), EN 300 328	€4 000–10 000	6–10 týdnů
Kanada	IC RSS-247	sdruženo s FCC	+2–4 týdny
Japonsko	TELEC	¥600 000–1 500 000	8–12 týdnů
Jižní Korea	KC (KCC)	$3 000–8 000	6–10 týdnů
Austrálie	RCM	AUD 2 500–6 000	6–8 týdnů

Předcertifikované moduly (Raytac, u-blox) výrazně zmenšují rozsah certifikace koncového produktu: stále musíte certifikovat kompletní produkt, ale rádiovou část modulu pokrývá stávající grant. Náš kontrolní proces ověřuje dokumentaci FCC grantu pro každou výrobní šarži IoT modulů před expedicí.