測試射頻模塊的EMI/EMC合規性

多虧了物聯網 （IoT），曾經獨立的嵌入式系統現在正在使用大量射頻接口中的一個或多個進行連接。這將開發人員推入了 RF 設計和測試的模糊領域，不僅是為了連接性、信號完整性和接口互操作性，而且由于 RF 發射和 EMI/EMC 符合 FCC、CE 和 CISPR 法規，還增加了復雜性。

為了將他們的設計連接起來，開發人員通常采用以下兩種方法之一：使用來自 Nordic Semiconductor、Silicon Labs、Texas Instruments 和許多其他公司的 IC 從頭開始推出他們自己的設計。如果預計體積很大，這通常是一個好主意，因為從長遠來看，如果設計做得很好，它可以節省資金和空間。然而，RF 設計、布局和屏蔽都很困難，甚至天線的選擇和放置都可能是個問題。然后是對 FCC、CE 和 CISPR 法規的測試，以確保它通過。所有這些都增加了額外的步驟，這些步驟可能會使預算和項目截止日期無效。

為了避免這種情況，開發人員可以選擇一個完整的射頻模塊。這具有更快和更可靠的吸引力。它也不需要手頭有一個完整的射頻設計團隊，很少有嵌入式系統初創公司，甚至更大的公司可以吹噓擁有。RF 設計師要求溢價，這是正確的。他們的需求量很大。

模塊的另一個吸引力在于，模塊供應商通常是芯片供應商（Nordic、Texas Instruments 和 Silicon Labs），因為他們擁有內部專業知識，對模塊進行合規性測試，因此獲得 FCC 認證，或者他們讓第三方模塊制造商來處理（圖 1）。這是非常方便且經濟的，因為一致性測試通常需要將設備或模塊發送到帶有全尺寸消聲室的外部測試室，每天花費數千美元。

圖 1：Nordic Semiconductor 擁有一系列藍牙 IC（頂部），因此設計人員可以推出自己的 RF 部分。它允許 Murata 等第三方為需要更完整和經過認證的解決方案的開發人員開發射頻模塊（中心和底部）。

模塊還有其他優勢，例如模塊附帶的全棧軟件、對標準開發的持續支持、設計指南、應用說明，當然還有生態系統支持。一切似乎都很好，直到涉及到合規性測試。

測試整個系統的合規性

一旦經過認證的射頻模塊到位，開發人員通常會假設他們的最終產品也將通過 FCC、CE 和 CISPR 要求的 EMC/EMI 和射頻認證，但速度不會那么快。將射頻模塊放入系統雖然是一種有效的方法，但會改變整個系統的性能和發射動態，以及模塊本身的發射曲線。

例如，可能存在開關模式電源 （SMPS） 耦合和泄漏到敏感 RF 電路，并且開關信號的諧波可能與 RF 模塊和主系統板中的數字電路的諧波諧振。這可能會導致意外放大和高頻 EMI 輻射。同時，磁體、環形線圈和電感器都有自己的發射需要管理和控制。

雖然這聽起來像是破壞了開發人員一開始就使用 RF 模塊的全部意義，但它并沒有聽起來那么糟糕。是的，即使您使用了射頻模塊，您也必須檢查整個系統的合規性。但是，通過在將系統發送到測試機構進行最終認證之前執行一些基本的臺式測試，仍然有可能通過第一次，并通過避免重新測試或更糟的是，完全重新設計來節省大量時間和金錢。

發送正式 RF 和 EMI/EMC 認證前的建議

投資一個體面的臺式或手持式頻譜分析儀進行 EMI 測試。它不必是頂級產品，因此配備 ELEKTRA 軟件的廉價 FPC-1500 頻譜分析儀（5 kHz 至 3 GHz 選項范圍）可以正常工作。它還具有矢量網絡分析儀和獨立的信號源，對于復制和隔離問題非常有用。在許多情況下，RTO-2000 示波器也可以很好地工作，因為它將系統其他區域（例如電源）中發生的事情與 RF 和 EMI 發生的事情相關聯（圖 2）。

圖 2：使用 RTO-2000，可以分析無線模塊的數據捕獲、處理和通信時序。該圖顯示了物聯網模塊的 GSM 連接時間與調制解調器接口上的功耗和數據流量相關。在模擬通道上測量射頻和電源電壓和電流。數字通道通過 UART 獲取模塊的調制解調器接口通信并對協議進行解碼。GSM 突發的頻譜顯示在右上角。

首先，為預期的頻率范圍設置設備，并獲得各種尺寸的 H 場和 E 場探頭。從“大”開始，然后當檢測到意外排放時，使用較小的探頭，直到確定確切位置并在問題成為責任之前處理問題。這通常是添加更多屏蔽或放置濾波器、添加去耦電容器或重新布線天線線或 PC 板走線的情況。

結論

射頻模塊可加快物聯網設備的連接時間，如果設計和支持得當，可形成解決射頻連接問題的權宜之計。但是，它們并沒有讓開發人員完全擺脫困境：系統本身仍需要通過認證，以滿足 FCC、CE 和 CISPR 對 EMI/EMC 和 RF 發射的要求。幸運的是，在將設備發送到全面的認證機構之前，可以在工作臺上經濟高效地執行大部分調試。

審核編輯：郭婷