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无线电设备(WiFi蓝牙2345G产品)EMC测试注意事项

tangxie520 标准法规 2020-04-10 1282 0

      物联网(IOT)的互联网时代的到来,为产品开发的重点是增加连接性,以及新的功能和服务支持。这通常意味着向产品添加一个或多个无线电以提供无线连接解决方案。从照明灯到笔记本电脑,从HVAC系统到家电,产品都集成了无线电技术以相互通信,与IoT和消费者进行通信。相应地,现在除了电磁兼容性(EMC)问题外,更多制造商还必须关注无线电法规遵从性。


EMC测试与防止产品之间以及产品与产品运行环境之间发生意外的电气相互作用有关。电子产品在正常运行期间会意外地产生电磁场,并且可能会对各种无线电服务造成干扰。在某些情况下,它们可能以意想不到的方式直接相互影响。


在这种情况下,EMC测试采用两种形式:

1)排放测试,测量产品产生的电磁场,以确保它们保持在可接受的水平以下,以最大程度地减少干扰的可能性;


2)抗扰度测试,该测试使产品遭受其预期环境典型的电气干扰,从而努力确定产品是否会受到电磁干扰的严重影响。将无线电设备放入产品中会为产品合规性和EMC测试增加新的考虑因素。


 


无线电基本的EMC注意事项:

      即使没有集成的无线电,电子产品在世界许多地方也要符合EMC要求。适用的要求因地理区域而异,但通常是排放要求和抗扰性要求的混合。在美国,联邦通信委员会(FCC)要求大多数工作在9 kHz以上的电子设备必须符合《联邦法规标题》第47章“电信”第15部分B子部分的要求,该条款包含对产品外壳和外壳的电磁辐射的限制电力线路。加拿大在其引起干扰的设备标准(ICES)系列中对各种产品类型都有类似的排放要求。


      其他经济体,例如欧盟(EU),需要进行排放和抗扰度测试。欧盟有许多不同的EMC遵从标准。适用哪一种取决于产品类型,但通常包括对电涌的抗扰性,对电源线的干扰,辐射干扰,静电放电(ESD),环境磁场,甚至在停电或掉电期间产品的性能。美国,加拿大,欧盟和其他经济体的医疗设备通常需要满足IEC 60601-1-2中包含的EMC要求,该要求包含对排放和抗扰性的测试,与欧盟标准中的测试类似。


      非无线电产品的排放测试通常在测试实验室进行约一天,并且需要配置一个或多个在测试期间可以正常运行的样品。排放扫描每次可能需要花费几分钟到几小时的时间,并且产品需要在扫描运行时正常运行,因此可能有必要将产品配置为在日常使用中可能无法重复运行。应提供所有必需的设备和电源,以便填充所有I / O端口,因为实验室手边可能没有合适的设备来锻炼产品。它总是有助于提供清晰简明的操作说明,而不是大量的手册。


每种模式下的抗扰性测试通常需要2到4天,有些测试可以运行数小时。设置方面的考虑与排放相同,另外还要求在抗扰度测试期间指定产品性能标准,以便实验室人员可以确定产品是否受到EMC干扰的影响。


      对于某些抗扰度测试,例如辐射和线路传导的射频抗扰度,其中在整个频率范围内逐步对产品施加干扰,则必须观察完整的产品工作周期,同时每个频率施加干扰三秒钟。如果产品的工作周期超过三秒,则出于测试目的,必须将其修改为三秒或更短,或者必须延长测试停留时间。由于某些抗扰度测试(例如电涌和ESD)可能具有破坏性,因此可能需要多个样本。对于发射和抗扰度测试,可能需要特殊的软件来满足这些配置要求。


 


特定于无线电的法规问题:

      除了典型的EMC问题之外,无线电法规遵从性也带来了一系列挑战。在许多地区,例如美国和加拿大,无线电设备需要认证和特殊标签,与通常的供应商合格声明相比,这增加了成本和时间。在欧盟,必须满足无线电设备指令(RED)的要求,而不是EMC指令中的要求。对于某些在欧盟有使用限制的无线电设备,获得CE标志可能不仅涉及发布符合性声明,甚至可能需要由公告机构审查产品的技术合规性文件。


由于频率分配因国家/地区而异,因此无线电可以在一个国家/地区使用,但在另一国家/地区不能使用。这可能导致同一电台的多个版本或包含不同电台的多个产品版本。


      另外,与监管机构的批准无关,某些无线电设备(如WiFi和Bluetooth)也需要获得相关行业协会的注册和批准,才能合法使用WiFi,Bluetooth或其他商标的行业徽标。与监管审批流程的不同之处在于,侧重于同类无线电的互操作性,而不是满足监管要求,因此,消费者知道,购买时,它将与其他同类无线电一起工作。


      将无线电添加到设备后,对测试的要求也随之提高。射频(RF)暴露是一个令人担忧的问题,可能需要进行测试或计算才能证明符合暴露极限。在人体20厘米以内使用的设备可能还需要进行特定吸收率(SAR)RF暴露测试,在这种情况下,带有场探头的机械臂会在典型的使用距离处绘制电场强度,以证明该产品不是在使用中,将过多的能量耦合到身体上。


      与非无线电设备相比,具有集成无线电功能的设备还需要满足扩展的发射测试要求,通常要求在整个工作频段内以及在更宽的频率范围内测试多个信道,这些频率范围通常会扩展到无线电工作频率的10 次谐波频率。具有多种调制类型和数据速率的WiFi之类的无线电必须在所有操作模式下均符合标准,从而导致测试周期可能持续一到两天到几周不等,具体取决于无线电的类型和实现方式。


      更改操作的通道,输出功率,使用的调制,数据速率以及在测试期间需要更改的任何其他参数几乎总是需要特殊的软件。有一些例外,例如EU WiFi标准ETSI EN 300 328,它指定了在正常操作模式下的测试。但是在大多数情况下,有必要同时提供正常工作模式和测试模式以允许更改所提到的参数,包括打开和关闭,跳频跳频(如蓝牙)以及提供连续或近乎连续的传输模式以支持即使收音机通常不以这种方式运行,也需要进行一些测试。


      将无线电添加到产品后,EMC抗扰性测试也会发生变化。除了在测试过程中观察产品的基本功能之外,欧盟无线电EMC标准还要求在EMC干扰期间监视无线电链路的质量。在许多情况下,会在无线电空闲时执行测试,以查看EMC干扰是否会导致其意外发射。这给制造商提出了独特的挑战,制造商通常必须提供定制的测试软件解决方案,这些解决方案必须在发射器和接收器之间建立并维持连续或重复的RF链路,并且还必须在测试过程中监视该链路的质量。通常,此类软件需要针对各种预期的测试方案进行明确设计。


      无线电EMC测试需要大量准备工作以确定所需的测试模式,并提供可以在制造商到达实验室时支持测试的软件。否则,由于在实验室测试期间解决问题,项目将遇到延迟。对于包含无线电的医疗设备尤其如此。在无线电支持医疗设备的基本性能的情况下,美国食品药品监督管理局(FDA)法规通常要求对ANSI C63.27进行无线共存测试,以确定由于以下原因造成的无线电链路降级对患者安全的潜在影响:附近的收音机。FDA还将在危害分析和风险管理文件中获得证据,以证实对无线电操作的评估。在这种情况下


无线电EMC测试至少需要一个样本,但是可以提供尽可能多的样本以涵盖所有必需的测试模式并替换在测试过程中损坏的任何样本,这是可以接受的。不必对同一样本执行所有测试。


 


无线电模块:

      通过使用预先批准的无线电模块可以缓解将无线电集成到产品中所带来的一些挑战。美国和加拿大的法规允许对带有内置天线的无线电电路板进行认证,只要模块中记录的任何使用限制,都可以使用适当的标签和用户说明将其集成到主机产品中,而无需执行其他认证。认证受到尊重。只能将带有天线的完整无线电实现作为模块,并且不允许参考设计进行认证。


      在欧盟,不存在技术上预先批准的无线电模块。但是,某些无线电制造商会对模块化配置进行预测试,以证明将其放置在主机产品中后,无线电可能会兼容。查看无线电模块的符合性声明时应格外小心,因为由于模块的开路板性质(例如ESD),并非所有要求都已经过测试。


      但是,使用预先批准的模块并不能解决所有合规性问题。在欧盟和北美,将无线电模块集成到其产品中的制造商仍需负责主机设备与已安装模块的合规性。因此,在声明符合性之前,重要的是评估主机产品与安装的模块的符合性。根据模块的性质及其预期用途,在未达到模块认证限制的情况下(例如,天线的改装或在20厘米以内的使用),可能需要在美国和加拿大进行合法分销的附加认证。人类的身体)。


      在欧盟,支持合格声明的主机产品的技术文档应包括支持主机中无线电模块符合性的文档。这意味着它要么需要从无线电模块制造商那里获得,要么可能需要从头开始构建包括测试报告在内的全套合规性文档。


      即使在可以获得文档的情况下,对无线电模块的测试本身也不能代表主机产品的性能。因此,根据RED要求进行的不合规风险评估将需要确定合规文档中是否有任何空白需要填补。例如,主机中的操作可能会降低天线性能。并且,尽管在这种情况下满足输出功率要求可能会更容易,但是天线性能可能会下降到接收器不再满足适用要求的程度。


      在其他情况下,主机电路和无线电电路之间的交互作用可能会导致意外的互调产物,或者可能会为组合两个设备之前没有天线的信号提供谐振天线。由于这些原因,FCC敦促无线电模块的最终集成商考虑在主机产品中进行一些无线电测试。类似的测试对于缩小欧盟合格声明的技术文档中的空白可能也很有用。至少,必须测试主机与安装的无线电的无线电兼容性。提前预期这些需求有助于更有效地管理产品部署计划,从而避免了从模块制造商处采购测试软件所造成的不必要的延迟。


      预先批准的无线电模块有时出于其他原因需要进行测试,它们可能已在美国和加拿大,日本或韩国获得了预先批准,但在其他地区却没有获得批准。每个地区可能对认证有不同的限制。有些国家/地区要求进行国内测试,或者没有模块化批准程序,因此需要在每个国家/地区测试每个主机中的每个无线电,然后才能在该国销售。


在其他情况下,可能可以利用FCC认证和测试或EU测试报告和合格声明。但是批准收音机可能仍需要当地代表,证明费用或文书工作。甚至规划标签也可能需要一个新的维度,因为大多数监管机构都要求无线电设备具有标记或ID号,而这些标记或ID号过去可能没有出现在产品标签上。


 


结论

利用具有EMC和无线电测试与知识的专家的优势,可以轻松开发任何连接的设备。独立的第三方测试小组可以充当第二只眼睛,以帮助确保产品的安全性和性能。此外,第三方小组通常会聘请熟悉空间的专家,他们熟悉法规要求,并具有可以帮助制造商了解要求的经验,从而间接地协助产品的测试和开发。


互联产品在多个行业中提供了令人兴奋的新机遇。不仅出于必要的法律目的,而且为了确保满足客户需求的高质量产品,必须理解,考虑和实施此先锋技术带来的新考虑因素。就产品(和品牌)的成功而言,这可能会有所不同。