虽然采用有线通讯的连网装置相对较少,但这类装置──从农业、医疗应用到烤吐司机、宠物用品──大部分都是透过蓝牙、Wi-Fi或是蜂巢式通讯来链接;其中有部份会被设计为将EMI发射限制于适当频道,并拒绝频外功率,但很多并不会。

以上的问题在美国时间8月9日于华盛顿特区(Washington D.C.)举行的年度IEEE EMC+SIPI Symposium大会的「物联网设计电磁兼容性」(EMC for IoT)场次,被进一步突显。

在这场长达4小时的研讨会中,与会者了解到很多连网装置设计在承受外部EMI方面做得不够,可能是成本、功率以及尺寸等因素带来的压力,让某些厂商销售的产品只能刚好达到最低程度要求,而问题就会来自那些连网装置的意图发射器(intentional radiators)。

在某些情况下,「不良」发射器会发射过多的频外能量;相反的,有些接收器排除频外能量的过滤能力有限或是缺乏这种能力。

欧盟的无线电设备指令(European Radio Equipment directive)规定:「因无线电通讯或是无线电定位目的,有意图发射或接受无线电波的设备,对无线电频谱有系统性的使用;为了确保对无线电频谱的有效利用,以避免有害的干扰,所有这类设备都属于本指令的适用范围。」

注意以上提到的「避免有害干扰」;很多产品会在认证实验室接受EMI耐受度测试,确保能符合欧盟指令以及其他适用标准。其他连网装置也会进行自我认证,其中有些产品可能因为来自发射器的过量邻近频道功率过量,或是采用不合格收发器,而无法通过合格测试。

021ednc20170901 此CDMA讯号的部份功率溢至相邻频道

下图的CDMA讯号之相邻频道功率低于噪声基底,除了两个低水平峰值。

022ednc20170901 干净的CDMA讯号很适合其5MHz频道

注意,Wi-Fi是使用未授权2.4GHz频段,涵盖2500~2690MHz;航空无线电导航以及无线电定位频段是从2700MHz开始,两者之间只有100MHz的频段差距,有些廉价无线装置的功率就可能会溢过该间隙。

在研讨会上,来自荷兰特文特大学(University of Twente Enschede and Thales Netherlands)的博士Frank Leferink在题为「无线系统(意图性) EMI缺陷」的演说中指出,确保装置与系统不会相互干扰的代价,是功耗、尺寸以及成本;「工程师想要拿掉滤波器,」他表示:「有些软件定义无线电(SDR)设计者完全不用滤波器,认为只要靠软件就能消除EMI问题。」

「超外差(superheterodyne)接收器的效果最好,」Leferink接着指出:「不过这种组件成本很高而且耗电,因此许多装置会使用较便宜、耗电较低的外差(heterodyne)接收器。」

不过因为外差接收器比较敏感,它们比起超外差接收器,对于来自电子干扰器(Jammers)的干扰耐受程度可能较差。对此Leferink指出,除了军方,使用电子干扰器是不合法的,但还是可以在深圳花500美元买到;可能会有歹徒会用电子干扰器破坏家用或汽车保全系统,入侵住宅窃盗或是偷走车辆。

在另一场技术研讨上,美国国家标准技术研究所(NIST)的Bill Young提出了一个问题,即配备4G/LTE通讯的设备,会溢出功率至邻近GPS频段,干扰GPS接收器「固定」在卫星上的功能;他的演说题为「频谱共享量测学:量测邻近频段LTE波形对GPS收发器冲击」,分享了一种自动化测试量测方法,让NIST工程师能为主管机关收集足够数据,以决策该如何处理此议题。

随着连网装置越来越普及,显然来自这些装置的干扰,以及它们无法抵抗的干扰,会让所有的EMI工程师在未来很久都不可能丢掉饭碗!

(原文发表于Aspencore旗下EDN美国版,作者Martin Rowe为EDN/EE Times资深测试与测量技术编辑,参考链接:http://www.edn.com/Home/PrintView?contentItemId=4458714;Judith Cheng编译) 20160630000123