帮助您的无线设备设计符合法规要求的前遵从性资源

　　你的任务是设计一个无线链接,如wi - fi®或无线个域网®,用于在一个小的产品。抛开传统的成本、董事会空间或电力消耗的设计考虑，你知道你还必须处理FCC在美国(以及其他地区的类似机构)对所有无线设备的监管合规要求。你有三种基本的方法来实现这个链接:

　　使用从许多供应商中选择的组件来从“scratch”中构建收发器。

　　使用供应商的组件及其建议的BOM的参考设计。

　　使用经过认证的“罐头”模块，您可以将其放入您的设计中;它的一边是数据接口，另一边是天线端口。

　　显然，选项1是最具挑战性的，但有时也是首选;选项#2更容易处理，但很少有可能出现的问题，尽管实现、布局问题和交互会影响性能和遵从性。选择#3是最容易的，有最高的信心和最短的时间去市场，遵守应该是一个“显而易见的”，对吧?

　　错了。即使选择的模块完全被批准，最终的设计也不会被使用，并且需要通过认证测试。诸如天线类型和位置、电力轨道电磁干扰等因素可能导致昂贵的、耗时的认证过程和测试失败，即使是经过验证的模块(图1)。

　　即使有一个完全认可的规则兼容模块，在最终的板设计中也会出现许多问题，从而导致测试“失败”的结果。

　　图1:即使有一个完全认可的规则兼容模块，在最终的板设计中也会出现很多问题，从而导致测试“失败”的结果。

　　使用预遵从性测试作为前体

　　遵从性测试在设置、工程时间、理解FCC(或其他)规则的要求、测试如何执行、旅行等方面都很昂贵。简而言之，这是一项正式的、详尽的、耗时的运动。在这个阶段的产品开发中，一个不合格的级别意味着通常昂贵的重新设计和产品导入延迟，而源(或源)被发现和修复。

　　而不仅仅是出现在测试后做一些粗略的内部测量,企业正越来越多地说做测试和专业测试设备,第一次自己做的全套测试,在自己或当地的网站,看看他们会传球,如果没有,为什么不呢,以及如何应对它。他们还可能聘请一名合规顾问，他们可以通过测试协议指导他们，并根据预先测试中发现的不足或失败提供解决方案的建议。其目标是尽早发现潜在的问题，并降低在遵从性测试阶段失败的风险。

　　测试设备供应商已经认识到预遵从性的内部测试的价值，并开发了强大的、专门的工具，使其变得实用。他们开发了一种“混合领域”的仪器，将GHz-range示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪和协议分析仪集成在一个单元中(图2，展示了基于Microchip MRF89XA模块的测试设计)，用于用户提供的个人电脑。

　　测试设备之间的测试连接(这里是基于Microchip MRF89XA模块的设计)和一个混合域示波器。(图片由美国泰克)

　　图2:测试设备之间的测试连接(基于Microchip收发模块)和混合域示波器。(图片凯利讯半导体)

　　然而，这些混合域单元不仅仅是在一个单独的外壳内的四种仪器。这四种仪器通过物理连接(不需要多个测试引线)和系统固件进行内部连接，因此它可以获得和分析时间相关的模拟、数字和射频信号。例如，这使得工程师可以看到在设计的模拟或逻辑一侧的信号、偏置设置或状态的变化对产生的射频频谱的影响。

　　在合规测试这些工具和他们的软件套件可以设置,然后执行传输能量,功率谱密度,占用带宽,光谱发射面具,和杂散发射测量,以及误差向量幅度(也称为星座传输错误),每个都有许多好的/坏的面具的遵从性。它们甚至包括一个近场的射频探头，可以用于“嗅探”来定位不需要的辐射射频源，如图3所示(在调试中，这样的近场排放实际上会导致细微的远场排放，从而导致不符合)。

　　一种近场探针用于测试仪器，以确定不需要的、令人讨厌的射频辐射的来源，它可以直接导致不符合，或产生间接的连锁反应，并将明显的问题转移到其他地方。

　　图3:一个近场探测器与测试仪器一起使用，以确定不需要的、令人讨厌的射频辐射的来源，它可以直接导致不符合，或产生间接的连锁反应，并将明显的问题转移到其他地方。

　　合规问题需要多种解决方案。

　　法规遵从性测试和调试非常困难。挑战有五个阶段:

　　发现你有一个问题，它的性质。

　　捕捉问题:如果可能的话，探查、触发和捕获它(虽然很困难，但很重要)。

　　在你的数据记录或屏幕上搜索和定位问题，以及任何可能提供洞察或线索的相关性。

　　通过事件链和序列分析，看看是什么导致了它。

　　计划、尝试和测试问题的明显来源的具体解决方案。

　　如果问题的根源是基于软件的(比如软件在长时间内保持了一个信号，或者使载波频率过快，从而产生了过多的带外排放)，那么修改软件通常是最好的方法。然而，有时基于软件的修复会导致其他问题，或者根本不可能。如果缺陷更好地由以硬件为中心的解决方案来处理，那么有三种类型的附加组件是可用的多种选项之一。

　　使用金属罐或外壳屏蔽射频电磁干扰可能看起来是一种不优雅的解决方案，但它是有效的、低成本的，并且可以在许多情况下对布局的设计产生最小的影响。当然，盾牌可以定制，但是可以从架子上找到大量的标准盾牌。

　　例如，Laird技术提供了一个广泛的范围，不同的外观(固体和“开放”)和长度、宽度和高度尺寸，以适应通常使用的模块和PCB的部分。他们的bmi - s - 101(图4)是一个整体表面保护措施0.476×0.538×0.1英寸高(12.10×13.66×2.54毫米)。

　　标准金属屏蔽罐，如Laird技术中的这一罐，可以是解决射频子电路中电磁干扰问题的技术、成本和时间有效的方法。

　　图4:标准金属屏蔽“罐”，如Laird技术中的这一罐，可以是解决RF子电路中电磁干扰问题的技术、成本和时间有效的方法。

　　即使是“简单”的产品，如盾，在一定尺寸上也有许多机械变化。它们是为不同的衰减等级(和成本)提供折叠的、刚性的或无缝的角落，不同的安装选项(通孔或表面安装)，以及不同环境(消费者、商业和milspec环境)的材料/成品。根据频率、制作和附件的选择，BMI-S-101可以提供50到120分贝之间的射频衰减。此外，在使用金属屏蔽时，也不存在功耗的惩罚。

　　有时，顺应性故障不是由于射频电路本身，而是由于直流轨道提供了无线子系统。这可能是由于直流轨道从电路板上的其他地方获取射频辐射，然后作为微型天线并重新辐射它们，或直流轨道及其直流/直流调节器/转换器由于其开关拓扑结构而成为EMI/RFI的来源。

　　对于前一种情况，被动铁氧体珠可能是一个很有吸引力的电子抑制元件。这些珠子是插入在辐射能量的线路上，而不是输送能量，不需要额外的电线，也没有电力消耗或直流损耗(在这种情况下，它们唯一的耗散就是它们所压制的射频能量)。

　　铁氧体珠的尺寸范围广泛，具有不同的衰减等级和频率范围。(芯片铁氧体磁珠对频率范围从几个兆赫到几个GHz有效。)在低频范围内，电感器有电感，但在较高的频率下，电感器的电阻元件产生主阻抗(图5)。当在噪声产生电路中插入串联时，电感器的电阻阻抗阻止了噪声的传播。

　　无伤大雅的铁素体珠的等效电路模型显示，它实际上是串联电感器的电阻器。

　　图5:无伤大雅的铁素体珠的等效电路模型显示，它实际上是电感器串联的电阻器。

　　有许多铁氧体珠的供应商，其中有村田电子。它们的EMIFIL直流emi抑制滤波器可用来作为PC插入的整体导线的组件，或者可以在现有的电线上滑动(图6显示了Murata BL01、Murata BL02RN1、Murata BL02RN2和Murata BL03RN2)。他们的性能图(图7)显示，他们的电阻阻抗(R)急剧增加到大约200兆赫，而阻抗(X)的电感部分保持相对平坦的频率。

　　像这些在Murata BL01/02/03系列中的铁氧体珠，作为滑块组件或含铅装置，在单级和双系列配置中都有额外的衰减和物理布局选项。

　　图6:在Murata BL01/02/03系列中，像这样的铁氧体珠可以作为滑块组件或含铅设备，在单级和双系列配置中用于额外的衰减和物理布局选项。

　　即使是像Murata BL01/02/03这样看似简单的组件，也有一个Z = R + jX的阻抗和频率图，这显示了有用的和需要的设计信息。

　　图7:即使是像Murata BL01/02/03这样看似简单的组件，也有一个Z = R + jX的阻抗和频率图，这显示了有用的和需要的设计信息。

　　对于DC/DC开关调节器是过量EMI的来源，一些设计者选择使用扩频方法。在这种拓扑结构中，DC/DC调节器不以固定频率运行;相反，在一个名义设置周围的伪随机模式中，频率是故意变化的(抖动)。

　　结果并不是它们产生的射频能量更少，而是产生的能量“散布”在一个广谱范围内，因此在任何部分都不会超过最大限度的调节。注意，一些工程师认为这种技术是一种不雅的“欺骗”，而另一些人认为解决这个问题是相当合理的。

　　一种具有代表性的设备是线性技术的LTC3543，它是一种同步降压式降压调节器，具有完整的PLL，可提供高达600马力的用户可选择的扩展频谱功能。它的2.5 V到5.5 V的输入电压范围，使其适合于单锂电池供电的应用。

　　它的名义固定频率为2 MHz，但它可以在1 MHz和3 MHz范围内传播。其结果是，峰值射频噪声显著降低约20分贝(图8)，未扩散峰值约2.3 MHz，扩频峰为2.5 MHz。明显的20分贝衰减可以很容易地使失败和通过必要的遵从指令之间的区别。

　　线性技术的LTC3543 DC/DC降压调节器具有用户可切换的扩频功能，它可以降低射频频谱中特定部分的噪声能量，而不能降低总噪声能量。

　　图8:线性技术的LTC3543 DC/DC降压调节器具有用户可切换的扩频功能，可以降低射频频谱中特定部分的噪声能量，而不能降低总噪声能量。

　　综上所述，如果使用购买的模块，RF和无线链路设计相对容易，或者使用自己动手的设计是相当有挑战性的。无论选择何种方法，满足日益严格的法规遵从性要求，限制在所有操作模式下的带外排放和其他不良属性是一项困难的任务，需要高级的洞察力和经验。

　　专门的测试设备可以帮助澄清问题的本质并确定其来源。硬件解决方案包括基本的金属屏蔽、电磁抑制铁氧体珠和能量扩散直流调节器等。

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