Đo kiểm Bluetooth Low Energy: công suất phát, độ lệch tần và độ nhạy thu

Một mô-đun Bluetooth LE có thể kết nối tốt với điện thoại trên bàn thí nghiệm mà vẫn trượt chứng nhận vì độ lệch tần hụt vài kHz hoặc trôi tần quá nhanh trong một gói. Lý do là bài thử RF không hỏi “có kết nối được không” mà hỏi từng tham số vật lý có nằm trong giới hạn của đặc tả hay không. Đo kiểm Bluetooth Low Energy ở lớp vật lý gồm ba nhóm chính: công suất phát, đặc tính điều chế và độ lệch tần số, và độ nhạy thu. Bài viết đi qua các giới hạn trong Bluetooth Core Specification và bộ bài thử RF-PHY, cách đo từng nhóm và cấu hình thiết bị Keysight tương ứng.

Đo kiểm Bluetooth Low Energy dựa trên tài liệu nào

Bản Bluetooth Core Specification mới nhất là Core 6.3, được Bluetooth SIG thông qua ngày 5/5/2026. Các giới hạn vô tuyến LE nằm ở Vol 6 Part A; khi đối chiếu, các con số của Core 6.3 trùng với Core 6.1. Phương pháp thử nằm trong bộ bài thử RF-PHY (RFPHY.TS); bản p23 phát hành 18/02/2025 ký hiệu bài thử dạng RFPHY/TRM/BV-xx-C cho máy phát và RFPHY/RCV/BV-xx-C cho máy thu, thay cho dạng cũ TRM-LE/CA.

LE hoạt động trong băng 2 400–2 483,5 MHz với 40 kênh cách nhau 2 MHz, từ 2 402 tới 2 480 MHz. Ba kênh quảng bá chính là kênh 37 (2 402 MHz), 38 (2 426 MHz) và 39 (2 480 MHz). Điều chế là GFSK với BT = 0,5 và chỉ số điều chế 0,45–0,55. Có bốn lớp vật lý: LE 1M (bắt buộc), LE 2M, và LE Coded với tải tin 500 kb/s (S = 2) hoặc 125 kb/s (S = 8).

Mọi bài thử RF đều chạy ở chế độ thử trực tiếp DTM: thiết bị được điều khiển qua HCI hoặc UART hai dây để phát hay thu gói thử trên một kênh cố định, tắt nhảy tần và tắt làm trắng dữ liệu. Tải tin gói thử là PRBS9, 11110000 hoặc 10101010, mỗi mẫu phục vụ một phép đo khác nhau. Đo ở kênh thấp, giữa và cao.

Công suất phát BLE và phát xạ trong băng

Theo Core Part A, công suất bức xạ ở mức cài đặt cao nhất phải nằm trong khoảng 0,01 mW (−20 dBm) tới 100 mW (+20 dBm); thiết bị không có đầu nối được coi như dùng ăng-ten tham chiếu 0 dBi. Có bốn cấp công suất: Class 1 từ trên +10 tới +20 dBm, Class 1.5 từ trên +4 tới +10 dBm, Class 2 từ trên 0 tới +4 dBm, Class 3 từ −20 tới 0 dBm.

Bài RFPHY/TRM/BV-01-C đo công suất phát BLE ở 1 Ms/s: máy phân tích đặt RBW và VBW 3 MHz, bộ tách sóng đỉnh, zero span, tải tin PRBS9. Yêu cầu công suất trung bình từ −20 tới +10 dBm (bản Class 1 là BV-18-C, trên +10 tới +20 dBm), đồng thời công suất đỉnh không vượt công suất trung bình quá 3 dB.

Phát xạ trong băng (BV-03-C với 1 Ms/s) kiểm tra năng lượng rò sang các kênh khác: không quá −20 dBm ở ±2 MHz và không quá −30 dBm từ ±3 MHz trở ra, đo trong băng 1 MHz với RBW 100 kHz và bộ tách sóng trung bình. Với 2 Ms/s, mốc −20 dBm dời ra 4 và 5 MHz, mốc −30 dBm từ 6 MHz. Được phép tối đa ba băng ngoại lệ, mỗi băng không quá −20 dBm.

Độ lệch tần và đặc tính điều chế GFSK

Nhóm bài thử này quyết định máy thu phía bên kia có giải điều chế được hay không. Với GFSK, “0” và “1” được mã hoá bằng độ lệch tần âm hoặc dương so với tần số trung tâm. Core quy định độ lệch tần tối thiểu không bao giờ dưới 185 kHz ở 1 Msym/s và 370 kHz ở 2 Msym/s.

Bài RFPHY/TRM/BV-05-C đo ba chỉ tiêu ở 1 Ms/s:

• Δf1avg từ 225 tới 275 kHz, đo với tải tin 11110000. Chuỗi bốn bit giống nhau cho tần số kịp đạt độ lệch đầy đủ, nên đây là thước đo chỉ số điều chế.
• Δf2max: ít nhất 99,9% giá trị đo trên 10 gói với tải tin 10101010 phải lớn hơn 185 kHz. Chuỗi xen kẽ là trường hợp xấu nhất vì bộ lọc Gauss không cho tần số kịp lên đỉnh.
• Tỉ số Δf2avg/Δf1avg ≥ 0,8, kiểm tra hình dạng bộ lọc Gauss.

Bản chỉ số điều chế ổn định (BV-09-C) siết Δf1avg xuống 247,5–252,5 kHz; bản 2 Ms/s (BV-10-C) là 450–550 kHz.

Sai lệch và trôi tần số sóng mang

Core yêu cầu tần số trung tâm trong một gói lệch không quá ±150 kHz, tính cả sai lệch ban đầu lẫn trôi tần, và trôi trong một gói dưới 50 kHz. Bài RFPHY/TRM/BV-06-C cụ thể hoá bằng các điều kiện: mọi mẫu tần số f_n nằm trong ±150 kHz quanh tần số danh định; |f₀ − f_n| ≤ 50 kHz; |f₁ − f₀| ≤ 23 kHz; và tốc độ trôi |f_n − f_n−5| ≤ 20 kHz, tức tối đa 20 kHz trên 50 µs. Trôi tần nhanh thường do nguồn cấp dao động khi bộ khuếch đại công suất bật, hoặc do dao động thạch anh bị kéo; nên đo kèm cả dạng dòng tiêu thụ, như trình bày trong bài đo dòng IoT cho thiết bị dùng pin.

Độ nhạy thu BLE và các bài thử máy thu

Độ nhạy thu BLE yêu cầu trong Core là −70 dBm với LE 1M và LE 2M, −75 dBm với LE Coded S = 2 và −82 dBm với S = 8, ở tỉ lệ lỗi bit 0,1% cho tải tin tới 37 byte. Bộ bài thử quy đổi sang tỉ lệ lỗi gói: gói 37 byte có 368 bit liên quan, 0,999³⁶⁸ ≈ 0,692, nên ngưỡng đạt là PER dưới 30,8% trên ít nhất 1 500 gói.

Điểm quan trọng là bài độ nhạy RFPHY/RCV/BV-01-C không dùng tín hiệu sạch mà dùng “máy phát bẩn”: 10 bộ tham số, mỗi bộ 50 gói, kết hợp sai lệch tần ±100 kHz, chỉ số điều chế 0,45 hoặc 0,55, sai số định thời ký hiệu ±50 ppm, cộng thêm trôi tần hình sin độ lệch 50 kHz ở 1 250 Hz. Máy thu phải chịu được máy phát kém nhất vẫn nằm trong đặc tả.

Các bài máy thu khác gồm tỉ số sóng mang trên nhiễu và độ chọn lọc (đồng kênh 21 dB với LE không mã hoá, kênh cách ≥3 MHz −27 dB), chặn ngoài băng với tín hiệu mong muốn −67 dBm và nhiễu CW −30/−35 dBm theo dải, xuyên điều chế với hai tín hiệu nhiễu −50 dBm, và mức vào tối đa −10 dBm.

Cấu hình Keysight cho đo kiểm Bluetooth Low Energy

Theo những gì Techmaster tra được trên tài liệu Keysight hiện hành, hãng không còn bán máy thử Bluetooth chuyên dụng: N4010A, E1852B, KS83301A/B và ứng dụng V9081B cho EXM đều đã ngừng. Cách làm hiện tại tách hai vế:

• Máy phát: ứng dụng Bluetooth X-Series (tài liệu 5992-2841EN, 02/2025) hỗ trợ từ LE 4.0 tới Bluetooth 6.0, ánh xạ trực tiếp các bài TRM/BV-01, 05, 06, 09–14 vào chế độ phân tích phát và BV-03, 08 vào phép đo phát xạ trong băng, có giới hạn đạt/không đạt và điều khiển SCPI. Giấy phép chia cấp: N9081EM0E cho UXA/PXA, E9081EM0E cho MXA/EXA/VXT, W9081EM0E cho CXA. Độ chính xác công suất tuyệt đối công bố là ±0,25 dB trên MXA và ±0,29 dB trên EXA.
• Máy thu: Signal Studio for Bluetooth N7606C trên máy phát tín hiệu vector dựng gói tham chiếu và cấu hình máy phát bẩn (sai lệch tần, trôi tuyến tính hoặc hình sin, chỉ số điều chế, sai số định thời) cho các bài độ nhạy, mức vào tối đa, độ chọn lọc, chặn và xuyên điều chế.

Thiết bị cụ thể:

• Máy phân tích tín hiệu EXA Keysight N9010B: 10 Hz tới 44 GHz tuỳ tuỳ chọn, băng thông phân tích tới 40 MHz, đủ cho kênh LE 2 MHz và các phép đo sóng hài cho hồ sơ quy chuẩn.
• Máy phân tích tín hiệu MXA Keysight N9020B: 10 Hz tới 50 GHz, băng thông phân tích tới 160 MHz, phù hợp phòng R&D đo đồng thời Bluetooth và Wi-Fi.
• Máy phát tín hiệu vector Keysight N5172B EXG: 9 kHz tới 6 GHz, băng thông điều chế 160 MHz, +21 dBm tại 1 GHz, nằm trong danh sách máy chạy N7606C.

Về quy chuẩn, ETSI EN 300 328 V2.2.2 giới hạn e.i.r.p. 20 dBm cho thiết bị băng 2,4 GHz; tại Việt Nam, thiết bị cùng băng tần áp dụng QCVN 54:2020/BTTTT. Hãy đối chiếu giới hạn trực tiếp trong văn bản quy chuẩn trước khi lập hồ sơ.

Kết luận

Đo kiểm Bluetooth Low Energy ở lớp vật lý là chuỗi bài thử có giới hạn rất cụ thể: công suất từ −20 tới +20 dBm, Δf1avg 225–275 kHz, Δf2max trên 185 kHz, trôi tần không quá 20 kHz trên 50 µs, độ nhạy −70 dBm với máy phát bẩn. Những con số này nhỏ tới mức sai số của chính thiết bị đo trở thành một phần của ngân sách: một máy phân tích lệch 0,5 dB công suất hay một máy phát lệch vài kHz có thể đẩy sản phẩm đạt thành trượt, hoặc ngược lại.

Techmaster Electronics cung cấp dịch vụ hiệu chuẩn máy phân tích tín hiệu và máy phát tín hiệu theo ISO/IEC 17025, giúp kết quả tiền kiểm trong nhà máy khớp với phòng thử nghiệm chứng nhận. Liên hệ hotline 0908 173 345 để được tư vấn cấu hình đo kiểm Bluetooth LE và lịch hiệu chuẩn.

Biên soạn bởi Khanh Nguyen — Marketing Manager, Techmaster Electronics JSC.