THine Value 半導體廠商的EMC對策始末-在將樹莓派用的相機延長套件量產化遇到困難的同時,發現Vx1HS的實力

2022.04.01
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 如果您是一名參與電子設備開發和設計的工程師,那麼您對符合EMC標準的工作一定不陌生吧。測量開發的電子設備的EMI/EMS特性、如果有問題用Common mode choke coil或EMI filter等等採取對策、解決EMC 標準要求的規定值。這一系列的工作您應該很熟悉。

 但是,我們是一家無晶圓半導體 (IC) 製造商。 IC 產品不受 EMC 標準約束。我們開發了自己的 IC 產品評估板並提供給用戶,但 EMC 標準規定 「不包括用於評估或教育用途的電子設備」,這些也被排除在外。換言之,這兩者都不需要獲得認證。但是,我們擅長高速訊號傳輸的IC產品。負責這類產品的工程師在開發/設計能抑制干擾產生和強化承受干擾的產品時, 在必須的EMC對策技術和EMC測量技術上具有豐富的知識,說他是「EMC專家」一點也不為過。雖然本公司的EMC相關技術適用於IC產品本身,為了讓一般用戶廣泛使用IC產品的模組,用戶必須了解如何使用這些技術。

挑戰新創舉

 2020年我們開始著手開發搭載我司IC產品的模組。 目的是想讓更多人使用我們的IC產品,擴大用戶群。

 我們最先開發的是長距離傳輸套件「Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera」(圖1)。 它可大幅延長連接Single board computer「Raspberry Pi」和相機鏡頭模組的線長。 該套件搭載了我們的 V-by-One® HS (*1) 技術的Transmitter / Receiver IC。

 
                                                                              圖1 長距離傳輸套件

 開發進展的很順利。 同時,我們也開始調查「是否需要符合EMC標準」。不僅只在日本, 我們正在檢討將長距離傳輸套件在歐洲和美國等國商品化。 一般來說,要將電子設備銷往歐洲市場前,需要通過EMC和RoHS指令後,自我聲明取得CE Marking。 而在美國市場的話,必須符合與 EMC 相關的 FCC 規範。

 當然在開發之初,公司就意識到「長距離傳輸套件與樹莓派配合使用,套件本身不需要符合EMC標準」。 但是,這個認知是否正確就需要驗證了,因此我們開始進行調查。我們決定借助東京都產業技術研究中心(Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute)MTEP(* 2)。 通過與熟悉海外法律法規的 MTEP 專家的討論,我們再次認知到「個人用戶在 EC 網站上購買可直接使用的模組產品必須符合 EMC 標準」。

埋沒在環境干擾中

 對於這一結果我們組了一個團隊,致力於遵守 EMC 標準。 有4名成員,每位都是熟悉 EMC 的工程師。

 團隊開始做的第一件事就是設定目標。 在與MTEP專家多次會面後,我們設定了「實施CE Marking自我聲明以及符合FCC標準」的目標。 也就是說,一旦我們成功,就可以在長距離傳輸套件上印上CE和FCC的標誌。

 接下來,我們於 2020 年 8 月上旬開始調查CE Marking自我聲明和符合 FCC 標準的要求。我們花了大約兩個月的時間確定所需的測試類型和通過標準的條件。 大約在同一時間,完成了長距離傳輸套件最終版的試作品。 現在我們終於準備好進行 EMC 測試了。

 首先的事前驗證,我們透過MTEP 專家介紹, 於 10 月 26 日在都産技研租用了一個消聲室進行。但其結果令人失望,因為無法測量到長距離傳輸套件的輻射noise。 長距離傳輸套件連接AC adapter、cable和display, 於周邊設備/零件使用。 EMC 測試也在此配置中進行。 顯然,因為周邊設備/零件產生的高放射noise,長距離傳輸套件的noise被掩埋了。 我們第一次了解到周邊設備/零件的noise特性在 EMC 測試中的重要性。 之後,在都産技研工作人員的建議下,我們慎重地選定周邊設備和零件。

 在進行此次選定工作的同時,我們也預訂一個民間的 EMC 測試場地(消聲室)。 想在東京附近找個合適的測試場地, 但是預約不到。 因為新型冠狀病毒的蔓延,可用的測試場地數量有所減少,正在營運的測試場地都已額滿。結果預約到大約三週後的 11 月 20 日。

 
實驗實況(拍攝協助:e・ Otama Tokyo Laboratory)

證明 V-by-One® HS 的強大實力

 EMS 測試於 11 月 20 日進行。 系統配置是將相機鏡頭模組拍攝的影像訊號輸入樹莓派,中間通過長距離傳輸套件和長cable發送到顯示器上。 此時,用天線向長距離傳輸套件照射電磁波,確認顯示器上顯示的影像是否有問題。 設定判斷pass/fail的標準為「影像停止」。 為此,在整個約2小時的測試期間,必須一直注視著相機鏡頭模組的模擬時鐘的秒針,直到測試完成。 至此,EMS相關的標準已解決。

 下一次的EMI測試於12月7日進行。 這一天,我們為了準備放射noise極少的AC adapter、cable和display,雖然花了很多時間尋找最佳組合​​,但環境noise被抑制了。一開始CE Marking自我聲明所需的EMI測試進展順利,並通過了標準。 但 FCC 標準的 EMI 測試陷入苦戰,當天無法通過。但12月14日我們採取措施後,面對EMI測試時,成功順利過關, 通過測試了。
 
                                                     實驗環境(拍攝協助:e・ Otama Tokyo Laboratory)

 長距離傳輸套件於2021年3月在歐洲、美國、日本等國家推出。 對我司雖是第一次按EMC標準進行,但可以說是相對順利的。 因為幾乎沒有採取EMC對策的。 如果不在 EMI 標準等規定值範圍內,需要進行技術上更困難的 EMC 對策工作的話,這將浪費更多時間吧。

 幾乎不需要EMC 對策這主要歸功於 V-by-One® HS 技術。 採用V-by-One® HS技術,傳輸訊號的電壓震幅小,由於採用8B10B編碼,不會出現固定的傳輸模式,因此可以抑制EMI的高峰值。 當然,從我們決定採用 V-by-One® HS 技術開始,我們就對其效果寄予厚望。 但我們並沒有想那麼多,正是證明了 V-by-One® HS 技術的強大功能。



* MTEP:Export Product Technical Support Center 的簡稱 https://www.iri-tokyo.jp/site/mtep/
* 此內容發表於月刊 EMC(2021 年 12 月號)。