多虧了物聯(lián)網(wǎng) （IoT），曾經(jīng)獨立的嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在正在使用大量射頻接口中的一個或多個進行連接。這將開發(fā)人員推入了 RF 設(shè)計和測試的模糊領(lǐng)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(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)計連接起來，開發(fā)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(shè)計。如果預(yù)計體積很大，這通常是一個好主意，因為從長遠來看，如果設(shè)計做得很好，它可以節(jié)省資金和空間。然而，RF 設(shè)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(guī)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(yù)算和項目截止日期無效。

為了避免這種情況，開發(fā)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(shè)計團隊，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(yīng)商通常是芯片供應(yīng)商（Nordic、Texas Instruments 和 Silicon Labs），因為他們擁有內(nèi)部專業(yè)知識，對模塊進行合規(guī)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(jīng)濟的，因為一致性測試通常需要將設(shè)備或模塊發(fā)送到帶有全尺寸消聲室的外部測試室，每天花費數(shù)千美元。

圖 1：Nordic Semiconductor 擁有一系列藍牙 IC（頂部），因此設(shè)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(jīng)過認證的解決方案的開發(fā)人員開發(fā)射頻模塊（中心和底部）。

模塊還有其他優(yōu)勢，例如模塊附帶的全棧軟件、對標(biāo)準開發(fā)的持續(xù)支持、設(shè)計指南、應(yīng)用說明，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)性測試。

測試整個系統(tǒng)的合規(guī)性

一旦經(jīng)過認證的射頻模塊到位，開發(fā)人員通常會假設(shè)他們的最終產(chǎn)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(tǒng)雖然是一種有效的方法，但會改變整個系統(tǒng)的性能和發(fā)射動態(tài)，以及模塊本身的發(fā)射曲線。

例如，可能存在開關(guān)模式電源 （SMPS） 耦合和泄漏到敏感 RF 電路，并且開關(guān)信號的諧波可能與 RF 模塊和主系統(tǒng)板中的數(shù)字電路的諧波諧振。這可能會導(dǎo)致意外放大和高頻 EMI 輻射。同時，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。

雖然這聽起來像是破壞了開發(fā)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(tǒng)的合規(guī)性。但是，通過在將系統(tǒng)發(fā)送到測試機構(gòu)進行最終認證之前執(zhí)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(shè)計來節(jié)省大量時間和金錢。

發(fā)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(chǎn)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(wǎng)絡(luò)分析儀和獨立的信號源，對于復(fù)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(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，可以分析無線模塊的數(shù)據(jù)捕獲、處理和通信時序。該圖顯示了物聯(lián)網(wǎng)模塊的 GSM 連接時間與調(diào)制解調(diào)器接口上的功耗和數(shù)據(jù)流量相關(guān)。在模擬通道上測量射頻和電源電壓和電流。數(shù)字通道通過 UART 獲取模塊的調(diào)制解調(diào)器接口通信并對協(xié)議進行解碼。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 場和 E 場探頭。從“大”開始，然后當(dāng)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(zé)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(jié)論

射頻模塊可加快物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接時間，如果設(shè)計和支持得當(dāng)，可形成解決射頻連接問題的權(quán)宜之計。但是，它們并沒有讓開發(fā)人員完全擺脫困境：系統(tǒng)本身仍需要通過認證，以滿足 FCC、CE 和 CISPR 對 EMI/EMC 和 RF 發(fā)射的要求。幸運的是，在將設(shè)備發(fā)送到全面的認證機構(gòu)之前，可以在工作臺上經(jīng)濟高效地執(zhí)行大部分調(diào)試。

審核編輯：郭婷