掌握应用需求/EMI测试要领 蓝牙装置开发不头疼

物联网正在加速进入到我们的日常生活与各行各业之中，蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等主流通讯技术在物联网应用中各有千秋，本文将分享蓝牙设计中的模组选择、EMI测试等关键设计与测试经验，以协助设计者加速完成产品开发。

一切皆因连接而起，物联网正在加速进入到我们的日常生活与各行各业之中，人与物、物与物之间的连接互动越来越智慧便捷。无线通讯成为物联网连接中的无形桥梁，蓝牙、Wi-Fi、ZigBee等主流通讯技术在物联网应用中各有千秋，成为物联网落实的强力支援。本文将分享蓝牙设计中的模组选择、EMI测试等关键设计与测试经验，协助众多设计公司和工程师解决所面临的设计难题。

当您为物联网(IoT)装置或某些其他计划，选择蓝牙或其他射频模组时，可能会发现市场上有更多可行的选项可供选择。模组制造商或供应商通常会采用传输速率、传输距离、频带、认证、封装尺寸等条件，对成千上万的可用模组进行分类。

虽然全盘考量极为重要，但其中有一些因素更举足轻重。若首先关注于传输速率、传输距离(或涵盖范围)和功耗，可以使用有意义的方式限制场域。由于这些因素相互权衡，所以在初期根据这些标准选择模组，将有助于做出直接影响使用者体验的决策。本文将概略式地检视这些参数，以及这些参数如何影响装置效能。

传输速率为模组采纳首要考量

传输速率或资料速率通常是设计人员和开发人员所考虑的第一件事，因为这会迫使他们考虑须在装置之间传输的资讯类型(表1)。例如，用于将高品质音乐传输至耳机的资料速率，与基本心率监视器所需的资源速率便极为不同。

理论上，低功耗蓝牙(BLE)的传输速率，将不支援其自己的最大频宽(1MHz)，因为低功耗蓝牙专注于简单的资讯传输。如果资料以高速率传输，则低功耗蓝牙将消耗更大的功率，这与原始设计概念相矛盾。如果需要高速传输，则应考虑具有较高速率的蓝牙标准，如蓝牙EDR，甚至改用Wi-Fi。任何传输速率的提升，势必会消耗更多功率。

功率等级提升　蓝牙讯号涵盖量增

功率类别和传输距离覆盖范围，则是须考虑的第二件事。在制造商和分销商网站上，蓝牙模组可依其功率类别进行筛选。功率等级越大，发射器便可涵盖越远的范围。如同任何其他无线技术，蓝牙网路也具有有限的距离，而其传输距离将会随着不同版本而变化；即使在相同版本中，支援的传输距离也会随着不同功率等级而有所不同。

讯号传输的实际距离会随特定环境条件(例如传输条件、材质、生产偏差、天线和电池)而变化。除了蓝牙标准中规定的要求外，设备还须要满足当地政府的频谱监管机构规定的功率要求。

功率消耗是须考虑的第三件事，功耗会与传输速率和距离有极大的关系。由于蓝牙装置通常由电池供电，所以设备的操作电流/电压是重要的考虑因素，因为这些因素直接决定了其充电周期和电池寿命。

蓝牙SIG会将模组进一步分类，为各种版本来简化这种初始决定。蓝牙技术的版本分为经典和低能量(LE)版本(图1)。经典的蓝牙版本1、2和3会针对资料传输速率进行最佳化。在经典类型中，将细分为基本速率、增强资料速率和高速(HS)，但高速蓝牙使用的是802.11技术，而非802.15。低功耗蓝牙更侧重于简单的资讯传输，同时尽可能地延长电子设备的耐久时间。

图1 蓝牙模组的分类

在这些分类之外，制造商将列出发射和接收电流和/或功率，这些资讯在模组选择中非常实用。若能测试投影端装置使用情况，便可以更容易地评估模组，在应用中进行各种最充分的权衡考量。

若要寻找正确的蓝牙模组，则须从管理传输速率、传输距离和功耗之间的权衡考量开始。一旦场域缩小了一些，便可以开始根据成本、覆盖区和相容性再进一步缩减。最后，则可使用测试设备对模组进行一些评估。

执行EMI预相容性测试　蓝牙装置开发不拖延

无论是复杂的通讯或是简单的USB硬体锁，在任何新的蓝牙装置上市之前，均必须符合FCC对EMI辐射的强制性要求。

在过去，设计人员通常要等到设计周期结束，才能将产品送至测试室进行正式的相容性测试。不幸的是，大多数的蓝牙设计往往不会在第一次就成功。而多次往返测试室可能导致成本提高，同时，取决于问题的根本原因，这种模式很容易延误开发进度，进而错过产品上市期限。

早期执行前相容性检查则是一个比较好的方法，能在早期即识别和纠正任何EMI问题。虽然许多设计人员，会直觉认定他们没有相关的设备或专业知识来进行一次充分的预相容性测试。

然而，现在有了现代化的PC版频谱分析软体及Tektronix USB式频谱分析仪(如RSA306B(图2)或RSA 500/600系列)，设计人员将可快速又轻松地执行这些检查。

图2 RSA306B的DPX技术可看到普通频谱分析仪难以察觉的射频特性。

预相容性测试，对于确保测试室通过EMI/EMC相容性测试有很大的助益。也可以使用正确的设备轻松执行蓝牙无线电测试。

本篇介绍了蓝牙模组的选择和EMI预相容性测试，这是工程师在蓝牙模组设计时经常面临的问题，也是极令人头疼的问题。可选的方案比想像的要多得多，选择重点要放在传输速率、传输距离(或涵盖范围)和功率消耗上，这样将可有效地缩小选择范围；而EMI预相容性测试则可显著地降低设计开发时间和成本。