試析電磁兼容在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

【摘要】 伴隨著PCB走線速遞的增加，電磁兼容設(shè)計(jì)是不得不考慮的問題。面對(duì)一個(gè)產(chǎn)品，當(dāng)進(jìn)行一個(gè)電路設(shè)計(jì)的EMC分析時(shí)，其物理尺寸、阻抗匹配、干擾信號(hào)的時(shí)間特性、頻率特性以及干擾信號(hào)的強(qiáng)度需要考慮。在無(wú)線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，為達(dá)到低功耗的目的，必須考慮電磁兼容，降低功耗。

【關(guān)鍵詞】 電磁兼容 低功耗 無(wú)線節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、處理和通信等工作。節(jié)點(diǎn)從器件上分為兩類，一類是全功能設(shè)備（FFD： FullFunctionDevice ），它擁有足夠的存儲(chǔ)空間來(lái)存放路由信息并且處理能力也比較強(qiáng)大：另一類是簡(jiǎn)化功能設(shè)備（RFD：ReduceFunctionDevice ），它內(nèi)存較小，功耗低，全功能器件主要起到網(wǎng)關(guān)作用，而簡(jiǎn)化功能器件是最基本的傳感器節(jié)點(diǎn)，用來(lái)捕獲數(shù)據(jù)信息并傳遞給其范圍內(nèi)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

低功耗處理技術(shù)通過(guò)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的制作工藝及各種不同場(chǎng)合下的應(yīng)用分析，總結(jié)以下的基本設(shè)計(jì)原則：

1、節(jié)能是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)最主要的問題。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)要部署在人們無(wú)法接近的場(chǎng)所，而且不常更換供電設(shè)備，對(duì)節(jié)點(diǎn)功耗要求就非常嚴(yán)格。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)采用合理的能量監(jiān)測(cè)與控制機(jī)制，功耗要限制在幾十毫瓦甚至更低數(shù)量級(jí)。

2、成本的高低是衡量傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)好壞的重要指標(biāo)。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常大量散布，只有低成本才能保證節(jié)點(diǎn)廣泛使用。這就要求無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)不能特別復(fù)雜，否則不利于降低成本。低功耗處理技術(shù)正是基于以上的設(shè)計(jì)原則，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通用平臺(tái)的硬件搭建。然而，低功耗的設(shè)計(jì)，必須以PCB的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)PCB低功耗設(shè)計(jì)原則如下：1.關(guān)鍵器件的物理尺寸：產(chǎn)生輻射的發(fā)射器件的大小尺寸。射頻（RF）電流將會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)會(huì)通過(guò)機(jī)殼泄漏而脫離機(jī)殼。PCB上的走線長(zhǎng)度作為傳輸路徑對(duì)射頻電流具有直接的影響。 2.阻抗匹配：源和接收器的阻抗，以及兩者之間的傳輸阻抗。 3.干擾信號(hào)的時(shí)間特性：這個(gè)問題是連續(xù)（周期信號(hào)）事件，還是僅僅存在于特定操作周期（例如，單次的可能是某次按鍵操作或者上電干擾，周期性的磁盤驅(qū)動(dòng)操作或網(wǎng)絡(luò)突發(fā)傳輸）。 4.干擾信號(hào)的強(qiáng)度：源能量級(jí)別有多強(qiáng)，并且它產(chǎn)生有害干擾的潛力有多大。5.干擾信號(hào)的頻率特性：使用頻譜儀進(jìn)行波形觀察，觀察到的問題在頻譜的哪個(gè)位置，便于找到問題的所在。另外，一些低頻電路的設(shè)計(jì)習(xí)慣需要注意。

針對(duì)那些測(cè)量到干擾電流的方向，通過(guò)修改無(wú)線節(jié)點(diǎn)PCB走線，使其不影響負(fù)載或敏感電路。那些要求從電源到負(fù)載的高阻抗路徑的應(yīng)用，必須考慮返回電流可以流過(guò)的所有可能的路徑。還有一個(gè)PCB走線的問題。導(dǎo)線或走線的阻抗包含電阻R和感抗，在高頻時(shí)阻抗，沒有容抗存在。當(dāng)走線頻率高于100kHz以上時(shí)，導(dǎo)線或走線變成了電感。在音頻以上工作的導(dǎo)線或走線可能成為射頻天線。在EMC的規(guī)范中，不容許導(dǎo)線或走線在某一特定頻率的λ/20以下工作（天線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度等于某一特定頻率的λ/4或λ/2），當(dāng)不小心那么設(shè)計(jì)時(shí)，走線變成了一根高效能的天線，這讓后期的調(diào)試變得更加棘手。

無(wú)線節(jié)點(diǎn)PCB的布局問題。第一，要考慮PCB的尺寸大小。PCB的尺寸過(guò)大時(shí)，隨著走線的增長(zhǎng)使系統(tǒng)抗干擾能力下降，成本增加，而尺寸過(guò)小容易引起散熱和互擾的問題。第二，再確定特殊元件（如時(shí)鐘元件）的位置（時(shí)鐘走線最好周圍不鋪地和不走在關(guān)鍵信號(hào)線的上下，避免干擾）。第三，依據(jù)電路功能，對(duì)PCB整體進(jìn)行布局。在元器件布局上，相關(guān)的元器件盡量靠近，這樣可以獲得較好的抗干擾效果。

（1）能夠?qū)崿F(xiàn)智能小區(qū)電量的監(jiān)控，可以監(jiān)控電壓、電流、電量等；（2）可以監(jiān)控多個(gè)智能小區(qū)，只要更改協(xié)議，從而達(dá)到通用的目的；（3）符合智能小區(qū)信息采集系統(tǒng)產(chǎn)品入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)低功耗處理技術(shù)研究，研制一種以小區(qū)智能監(jiān)控為核心，能夠方便的應(yīng)用的小區(qū)智能信息采集軟件，為企業(yè)節(jié)省監(jiān)控費(fèi)用，從而降低產(chǎn)品成本。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王孝良 劉全利 等.基于ARM平臺(tái)的嵌入式核心編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

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