THine Value 半导体厂商的EMC对策始末--在树莓派用相机延长工具产品化遇到困难时发现了V-by-One HS的实力

2022.04.01
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 从事电子设备的开发和设计的工程师对符合EMC规格的作业一定不会陌生。比如测试开发的电子设备的EMI/EMS特性;有问题的话用共模电感线圈或EMI过滤器等对应,来达到EMC规格要求的规定值。这一系列作业应该都能掌控自如。

 但本公司是一家无厂半导体(IC)公司。IC产品不受EMC规格约束。尽管我们有自主开发供IC产品评价用的评价板并提供给客户,但EMC规格里有“评价用和教育用电子设备除外”的内容,这些也被排除在外了;也就是说这些都不需要获得认证。但我们又擅长于高速信号传输用IC产品。负责这类产品的工程师为了开发/设计能抑制干扰、强化耐性的产品,需要具备丰富的EMS对策技术和EMS测定技术方面的知识;可以说是“EMC的专家”。不过,本公司的EMC相关技术在IC产品本身上虽然可以通用,但如果想要广泛使用在应用了IC产品的模组产品上的话,用户还是需要注意使用方法的。

挑战新创举

 进入2020年以后我们开始着手开发装载本公司IC产品的模组产品。目的是想让更多的人使用我们的IC产品,扩大我们的用户层。

 我们最先开发的就是远距离传输工具「Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera」(图1)。它能大幅度延长单板电脑「Raspberry Pi(树莓派)」与摄像头模组间连接的线缆的长度。该工具上装载了使用本公司的V-by-One® HS(*1)技术的传送器/接收器IC。
 
图1 远距离传输工具

 我们的开发进展地很顺利。同时,我们也展开了“是否有必要符合EMC规格”的调查。不仅在日本国内,我们在探讨在欧洲及美国等地也实现产品化。一般来说,要在欧洲市场销售电子设备,需要在通过EMC指令或RoHS指令等后、取得CE标志后自行申报。美国市场则必须符合与EMC相关的FCC规格。

 确实,在当初开发时,我司内部认为:“远距离传输工具是与树莓派配套使用的,工具本身不需要符合EMC规格”。但这一认知是否正确尚需验证,因此我们开展了调查。我们决定借助东京都立产业技术研究中心(都产技研)MTEP(*2)的力量开展调查。通过与熟悉海外法规制度的MTEP专员多次讨论后,我们重新认识到:“个人用户在EC网上购买并直接使用的模组产品是需要符合EMC规格的”。

埋没于环境干扰中

 基于这一结果,我们组织了致力于符合EMC规格的团队。成员共有4人;每一位都是对EMC非常熟悉的工程师。

 团队开始做的第一件事就是设定目标。在与MTEP专员讨论了几次后,设定了“实现CE标志的自行申报和符合FCC规格”的目标。也就是说一旦我们成功了,就能在远距离传输工具上印上CE和FCC标志。

 随后,在2020年8月初,团队开始对实现CE标志的自行申报和符合FCC规格所需要的条件展开了调查。花费了大约2个月之后,拣选出了必须的实验种类和符合规格的条件等。几乎与此同时,远距离传输工具的最终版的试作也完成了。这样一来EMC实验的准备工作就完成了。

 首先作为事前验证,经由MTEP专员的介绍,我们于10月26日借用了都产技研内部的电流暗室进行了实验。但结果却令人失望:因为没有检测到最重要的远距离传输工具的辐射干扰。远距离传输工具是将AC适配器和线缆、显示器等连接到周边装置/零部件上使用的。EMC实验也是在这个配置下进行的。似乎是因为准备的周边装置/零部件产生了过高的辐射干扰,掩盖了远距离传输工具的干扰。至此,我们才发现EMC实验中周边装置/零部件的干扰特性有多重要。之后,都产技研专员的建议下,我们慎重地重新选定了周边装置/零部件。

 与这一选定工作同时进行的是预约民营的EMC实验用测试点(电流暗室)。我们在东京近郊找了很多测试点,希望能预约到合适的地方,但都预约不到。因为受新冠病毒蔓延的影响,能使用的测试点数量减少,仍在运营的测试点预约变得非常满。最终,直到大约3周前的11月20日,我们才终于预约成功。
 
实验实况(拍摄协助:e・Otama东京试验所

证明了V-by-One® HS的实力

 11月20日,我们进行了EMS实验。系统配置是将摄像头模组拍摄的影像信号输入到树莓派,通过远距离传输工具与长线传送到显示器上。此时,用天线向远距离传输工具照射电磁波,然后确认在显示器上显示的影像是否会产生问题。我们设定的判断是否合格的标准是“影像停止”。因此,需要在约2小时的实验时间内,一直注视着摄像头模组拍摄的模拟时钟的秒针。实验顺利完成了。至此,EMS相关规格已可以完成。

 接下来的EMI实验于12月7日进行。那天,我们准备了辐射干扰极少的AC适配器和线缆、显示器。在花了不少时间调适到最佳组合后,成功抑制了环境干扰。当天,先开始的是CE标志自行申报所需的EMI实验,进展很顺利,很快就达到了规格要求;但在符合FCC规格的EMI实验上陷入苦战,当天并没有实验成功。但在找到了对策后于12月14日的EMI实验时成功达到要求。这样一来我们的目标都已完成。
 
实验实况(拍摄协助:e・Otama东京试验所

 远距离传输工具在2021年3月开始在欧洲以及美国、日本等市场销售。这对本公司来说是第一次为了符合EMC规格开展的作业,但还是比较顺利的。因为基本不需要EMC对策。如果没能在EMC规格等的规定值范围内的话,就需要进行技术上难度很高的EMC对策工作,就需要花费更多时间。

 之所以基本不需要EMC对策,很大一方面是因为V-by-One® HS技术。V-by-One® HS技术在传输信号的电压振幅很小的基础上,采用8B10B调制,不会体现固定传输模式,因此能抑制EMI的峰值。当然我们在决定采用V-by-One® HS的一开始就对它的效果有很高的期待;但没想到仍然超出了我们的预期。这也正证明了V-by-One® HS技术的强大实力。

 

* MTEP:出口产品技术支持中心的略称 https://www.iri-tokyo.jp/site/mtep/
* 本内容已刊登在月刊EMC(2021年12月号)上。