测试射频模块的EMI/EMC合规性

多亏了物联网 （IoT），曾经独立的嵌入式系统现在正在使用大量射频接口中的一个或多个进行连接。这将开发人员推入了 RF 设计和测试的模糊领域，不仅是为了连接性、信号完整性和接口互操作性，而且由于 RF 发射和 EMI/EMC 符合 FCC、CE 和 CISPR 法规，还增加了复杂性。

为了将他们的设计连接起来，开发人员通常采用以下两种方法之一：使用来自 Nordic Semiconductor、Silicon Labs、Texas Instruments 和许多其他公司的 IC 从头开始推出他们自己的设计。如果预计体积很大，这通常是一个好主意，因为从长远来看，如果设计做得很好，它可以节省资金和空间。然而，RF 设计、布局和屏蔽都很困难，甚至天线的选择和放置都可能是个问题。然后是对 FCC、CE 和 CISPR 法规的测试，以确保它通过。所有这些都增加了额外的步骤，这些步骤可能会使预算和项目截止日期无效。

为了避免这种情况，开发人员可以选择一个完整的射频模块。这具有更快和更可靠的吸引力。它也不需要手头有一个完整的射频设计团队，很少有嵌入式系统初创公司，甚至更大的公司可以吹嘘拥有。RF 设计师要求溢价，这是正确的。他们的需求量很大。

模块的另一个吸引力在于，模块供应商通常是芯片供应商（Nordic、Texas Instruments 和 Silicon Labs），因为他们拥有内部专业知识，会对模块进行合规性测试，因此获得 FCC 认证，或者他们让第三方模块制造商来处理（图 1）。这是非常方便且经济的，因为一致性测试通常需要将设备或模块发送到带有全尺寸消声室的外部测试室，每天花费数千美元。

图 1：Nordic Semiconductor 拥有一系列蓝牙 IC（顶部），因此设计人员可以推出自己的 RF 部分。它允许 Murata 等第三方为需要更完整和经过认证的解决方案的开发人员开发射频模块（中心和底部）。（图片来源：罗德与施瓦茨，来自 Nordic 和 Murata 源文档）

模块还有其他优势，例如模块附带的全栈软件、对标准开发的持续支持、设计指南、应用说明，当然还有生态系统支持。一切似乎都很好，直到涉及到合规性测试。

测试整个系统的合规性

一旦经过认证的射频模块到位，开发人员通常会假设他们的最终产品也将通过 FCC、CE 和 CISPR 要求的 EMC/EMI 和射频认证，但速度不会那么快。将射频模块放入系统虽然是一种有效的方法，但会改变整个系统的性能和发射动态，以及模块本身的发射曲线。

例如，可能存在开关模式电源 （SMPS） 耦合和泄漏到敏感 RF 电路，并且开关信号的谐波可能与 RF 模块和主系统板中的数字电路的谐波谐振。这可能会导致意外放大和高频 EMI 辐射。同时，磁体、环形线圈和电感器都有自己的发射需要管理和控制。

虽然这听起来像是破坏了开发人员一开始就使用 RF 模块的全部意义，但它并没有听起来那么糟糕。是的，即使您使用了射频模块，您也必须检查整个系统的合规性。但是，通过在将系统发送到测试机构进行最终认证之前执行一些基本的台式测试，仍然有可能通过第一次，并通过避免重新测试，或者更糟的是，完全重新设计来节省大量时间和金钱。

发送正式 RF 和 EMI/EMC 认证前的建议

投资一个体面的台式或手持式频谱分析仪进行 EMI 测试。它不必是顶级产品，因此配备 ELEKTRA 软件的廉价 FPC-1500 频谱分析仪（5 kHz 至 3 GHz 选项范围）可以正常工作。它还具有矢量网络分析仪和独立的信号源，对于复制和隔离问题非常有用。在许多情况下，RTO-2000 示波器也可以很好地工作，因为它将系统其他区域（例如电源）中发生的事情与 RF 和 EMI 发生的事情相关联（图 2）。

图 2：使用 RTO-2000，可以分析无线模块的数据捕获、处理和通信时序。该图显示了物联网模块的 GSM 连接时间与调制解调器接口上的功耗和数据流量相关。在模拟通道上测量射频和电源电压和电流。数字通道通过 UART 获取模块的调制解调器接口通信并对协议进行解码。GSM 突发的频谱显示在右上角。（图片来源：罗德与施瓦茨）

首先，为预期的频率范围设置设备，并获得各种尺寸的 H 场和 E 场探头。从“大”开始，然后当检测到意外排放时，使用较小的探头，直到确定确切位置并在问题成为责任之前处理问题。这通常是添加更多屏蔽或放置滤波器、添加去耦电容器或重新布线天线线或 PC 板走线的情况。

结论

射频模块可加快物联网设备的连接时间，如果设计和支持得当，可形成解决射频连接问题的权宜之计。但是，它们并没有让开发人员完全摆脱困境：系统本身仍需要通过认证，以满足 FCC、CE 和 CISPR 对 EMI/EMC 和 RF 发射的要求。幸运的是，在将设备发送到全面的认证机构之前，可以在工作台上经济高效地执行大部分调试。

审核编辑：郭婷