多虧了物聯(lián)網(wǎng) （IoT），曾經(jīng)獨(dú)立的嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在正在使用大量射頻接口中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行連接。這將開(kāi)發(fā)人員推入了 RF 設(shè)計(jì)和測(cè)試的模糊領(lǐng)域，不僅是為了連接性、信號(hào)完整性和接口互操作性，而且由于 RF 發(fā)射和 EMI/EMC 符合 FCC、CE 和 CISPR 法規(guī)，還增加了復(fù)雜性。

為了將他們的設(shè)計(jì)連接起來(lái)，開(kāi)發(fā)人員通常采用以下兩種方法之一：使用來(lái)自 Nordic Semiconductor、Silicon Labs、Texas Instruments 和許多其他公司的 IC 從頭開(kāi)始推出他們自己的設(shè)計(jì)。如果預(yù)計(jì)體積很大，這通常是一個(gè)好主意，因?yàn)閺拈L(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，如果設(shè)計(jì)做得很好，它可以節(jié)省資金和空間。然而，RF 設(shè)計(jì)、布局和屏蔽都很困難，甚至天線的選擇和放置都可能是個(gè)問(wèn)題。然后是對(duì) FCC、CE 和 CISPR 法規(guī)的測(cè)試，以確保它通過(guò)。所有這些都增加了額外的步驟，這些步驟可能會(huì)使預(yù)算和項(xiàng)目截止日期無(wú)效。

為了避免這種情況，開(kāi)發(fā)人員可以選擇一個(gè)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(gè)完整的射頻設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，很少有嵌入式系統(tǒng)初創(chuàng)公司，甚至更大的公司可以吹噓擁有。RF 設(shè)計(jì)師要求溢價(jià)，這是正確的。他們的需求量很大。

模塊的另一個(gè)吸引力在于，模塊供應(yīng)商通常是芯片供應(yīng)商（Nordic、Texas Instruments 和 Silicon Labs），因?yàn)樗麄儞碛袃?nèi)部專業(yè)知識(shí)，對(duì)模塊進(jìn)行合規(guī)性測(cè)試，因此獲得 FCC 認(rèn)證，或者他們讓第三方模塊制造商來(lái)處理（圖 1）。這是非常方便且經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)橐恢滦詼y(cè)試通常需要將設(shè)備或模塊發(fā)送到帶有全尺寸消聲室的外部測(cè)試室，每天花費(fèi)數(shù)千美元。

圖 1：Nordic Semiconductor 擁有一系列藍(lán)牙 IC（頂部），因此設(shè)計(jì)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(jīng)過(guò)認(rèn)證的解決方案的開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)射頻模塊（中心和底部）。

模塊還有其他優(yōu)勢(shì)，例如模塊附帶的全棧軟件、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的持續(xù)支持、設(shè)計(jì)指南、應(yīng)用說(shuō)明，當(dāng)然還有生態(tài)系統(tǒng)支持。一切似乎都很好，直到涉及到合規(guī)性測(cè)試。

測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)的合規(guī)性

一旦經(jīng)過(guò)認(rèn)證的射頻模塊到位，開(kāi)發(fā)人員通常會(huì)假設(shè)他們的最終產(chǎn)品也將通過(guò) FCC、CE 和 CISPR 要求的 EMC/EMI 和射頻認(rèn)證，但速度不會(huì)那么快。將射頻模塊放入系統(tǒng)雖然是一種有效的方法，但會(huì)改變整個(gè)系統(tǒng)的性能和發(fā)射動(dòng)態(tài)，以及模塊本身的發(fā)射曲線。

例如，可能存在開(kāi)關(guān)模式電源 （SMPS） 耦合和泄漏到敏感 RF 電路，并且開(kāi)關(guān)信號(hào)的諧波可能與 RF 模塊和主系統(tǒng)板中的數(shù)字電路的諧波諧振。這可能會(huì)導(dǎo)致意外放大和高頻 EMI 輻射。同時(shí)，磁體、環(huán)形線圈和電感器都有自己的發(fā)射需要管理和控制。

雖然這聽(tīng)起來(lái)像是破壞了開(kāi)發(fā)人員一開(kāi)始就使用 RF 模塊的全部意義，但它并沒(méi)有聽(tīng)起來(lái)那么糟糕。是的，即使您使用了射頻模塊，您也必須檢查整個(gè)系統(tǒng)的合規(guī)性。但是，通過(guò)在將系統(tǒng)發(fā)送到測(cè)試機(jī)構(gòu)進(jìn)行最終認(rèn)證之前執(zhí)行一些基本的臺(tái)式測(cè)試，仍然有可能通過(guò)第一次，并通過(guò)避免重新測(cè)試或更糟的是，完全重新設(shè)計(jì)來(lái)節(jié)省大量時(shí)間和金錢。

發(fā)送正式 RF 和 EMI/EMC 認(rèn)證前的建議

投資一個(gè)體面的臺(tái)式或手持式頻譜分析儀進(jìn)行 EMI 測(cè)試。它不必是頂級(jí)產(chǎn)品，因此配備 ELEKTRA 軟件的廉價(jià) FPC-1500 頻譜分析儀（5 kHz 至 3 GHz 選項(xiàng)范圍）可以正常工作。它還具有矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和獨(dú)立的信號(hào)源，對(duì)于復(fù)制和隔離問(wèn)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?yàn)樗鼘⑾到y(tǒng)其他區(qū)域（例如電源）中發(fā)生的事情與 RF 和 EMI 發(fā)生的事情相關(guān)聯(lián)（圖 2）。

圖 2：使用 RTO-2000，可以分析無(wú)線模塊的數(shù)據(jù)捕獲、處理和通信時(shí)序。該圖顯示了物聯(lián)網(wǎng)模塊的 GSM 連接時(shí)間與調(diào)制解調(diào)器接口上的功耗和數(shù)據(jù)流量相關(guān)。在模擬通道上測(cè)量射頻和電源電壓和電流。數(shù)字通道通過(guò) UART 獲取模塊的調(diào)制解調(diào)器接口通信并對(duì)協(xié)議進(jìn)行解碼。GSM 突發(fā)的頻譜顯示在右上角。

首先，為預(yù)期的頻率范圍設(shè)置設(shè)備，并獲得各種尺寸的 H 場(chǎng)和 E 場(chǎng)探頭。從“大”開(kāi)始，然后當(dāng)檢測(cè)到意外排放時(shí)，使用較小的探頭，直到確定確切位置并在問(wèn)題成為責(zé)任之前處理問(wèn)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(jié)論

射頻模塊可加快物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接時(shí)間，如果設(shè)計(jì)和支持得當(dāng)，可形成解決射頻連接問(wèn)題的權(quán)宜之計(jì)。但是，它們并沒(méi)有讓開(kāi)發(fā)人員完全擺脫困境：系統(tǒng)本身仍需要通過(guò)認(rèn)證，以滿足 FCC、CE 和 CISPR 對(duì) EMI/EMC 和 RF 發(fā)射的要求。幸運(yùn)的是，在將設(shè)備發(fā)送到全面的認(rèn)證機(jī)構(gòu)之前，可以在工作臺(tái)上經(jīng)濟(jì)高效地執(zhí)行大部分調(diào)試。

審核編輯：郭婷