為電子產(chǎn)品FCC認證設計PCB 每個(gè)電子設計師的指南
      你有一個(gè)最好的想法在城里的電子產(chǎn)品，但是認證是否會(huì )阻礙你的成功？根據HQTS的研究，所有首次電磁兼容性（EMC）測試中近50％會(huì )導致故障，我們都知道這意味著(zhù)什么 - 重新定價(jià)，成本暴漲以及產(chǎn)品的設計失敗。在這篇文章中，我們將揭開(kāi)點(diǎn)此產(chǎn)品FCC認證的神秘面紗，這樣您就可以設計出第一次通過(guò)的電子產(chǎn)品。
一、電子產(chǎn)品設計和FCC認證
      美國聯(lián)邦通信委員會(huì )（FCC）成立于1934年，是無(wú)線(xiàn)電頻譜的守門(mén)人，它知道在美國各地使用的設備和頻率。為什么設備首先需要加以監管？幫助防止潛在的干擾。FCC通過(guò)確保每種產(chǎn)品都滿(mǎn)足RF輻射和電磁兼容性的特定限制來(lái)控制事情。

二、哪些是不需要做FCC認證的對象？
“（a）對于未上市，不是用工具包制造，并且為個(gè)人用途而建造的數量為5或更少的設備，不需要設備授權。
（b）人們認識到，自建設備的個(gè)體建造者可能不具備進(jìn)行測量以確定是否符合規定的手段。在這種情況下，建筑商應采用良好的工程實(shí)踐，以在最大可行范圍內達到規定的技術(shù)標準。

三、FCC認證測試什么？
FCC要求在美國銷(xiāo)售和銷(xiāo)售的電子設備符合電磁兼容性（EMC）和射頻（RF）發(fā)射的特定指南，兩個(gè)一般測試類(lèi)別是
a.EMC測試，此測試將測量設備在各種操作條件下生成的EMF字段的強度。
b.射頻測試，該測試將測量電磁頻譜上特定射頻內生成的EMF場(chǎng)。
根據這兩個(gè)測試類(lèi)別，如果您的設備具有RF組件，可以假設您只需要關(guān)注FCC，任何時(shí)鐘速度超過(guò)8 KHz的電子設備都會(huì )產(chǎn)生某種干擾或噪音，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )繼續定義設備如何有意或無(wú)意地輻射干擾。


四、什么是故意輻射器
這些設備有意發(fā)射RF信號并包括所有典型的無(wú)線(xiàn)模塊，如WiFi，藍牙，Zigbee等。這些設備必須經(jīng)過(guò)FCC的測試和認證才能在美國銷(xiāo)售和銷(xiāo)售。

五、什么是無(wú)意的輻射器
這些設備無(wú)意中發(fā)出干擾/噪聲，可能包括切換電源噪聲，擴展時(shí)鐘軌跡或由邋ground地面澆注或跟蹤短截線(xiàn)產(chǎn)生的天線(xiàn)等。雖然這些設備需要進(jìn)行測試，但不需要將結果發(fā)送給FCC。

無(wú)論您的設備是國際還是無(wú)意的輻射器，您都需要FCC文檔來(lái)支持它。這可以有三種形式
1.驗證，通過(guò)在獨立或FCC驗證的測試實(shí)驗室進(jìn)行測試來(lái)驗證設備。如果FCC敲響，需要將您的產(chǎn)品保存在報告中。
2.符合性聲明，這些設備在經(jīng)過(guò)認證的FCC測試實(shí)驗室進(jìn)行測試。測試報告還需要與您的產(chǎn)品一起保存，但不需要發(fā)送給FCC。
3.認證，需要認證的設備在經(jīng)認可的FCC測試實(shí)驗室進(jìn)行測試。測試報告將發(fā)送給FCC審核，提交，并希望通過(guò)。
【現在1.2已經(jīng)合并為SDOC認證】

六、電子產(chǎn)品不合符FCC認證要求的罰款
      FCC合規性的測試和認證過(guò)程成本較高，了解您的預期投資的第一步是確定您的設備是無(wú)意或有意的輻射器，一旦定義，您需要確定您的設備是否需要驗證，符合性聲明或認證文書(shū)工作。對于無(wú)意輻射器，47 CFR 15第15.101節的B部分列出了以下設備類(lèi)型及其要求的符合性

故意輻射器需要認證，這些設備的測試和認證過(guò)程可能需要四到六周，我們還看到測試中心花了十個(gè)月的時(shí)間在一臺設備上工作，過(guò)程將根據您的產(chǎn)品規格和所選測試實(shí)驗室的響應性而有所不同。

電子產(chǎn)品FCC認證費用多少？

故意輻射產(chǎn)品成本在8,000元到20,000元之間才能獲得設備認證，只需要驗證或符合性聲明的設備運行在1,000元到5,000元之間。
還有一個(gè)不合規費用的痛苦主題，2016年7月1日，聯(lián)邦通信委員會(huì )對違反規定的產(chǎn)品處以罰款，每次違規產(chǎn)品或違規行為持續存在的每一天，最高罰款從37,500美元上升到47,350美元，持續違規行為也從40萬(wàn)美元上升到473,402美元。

七、怎樣使您的電子產(chǎn)品快速通過(guò)FCC認證？
FCC提供的認證類(lèi)型稱(chēng)為模塊化認證，這基本上允許您作為設計人員購買(mǎi)已經(jīng)過(guò)認證的無(wú)線(xiàn)模塊，可用于您的設計。

如果您想在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段避免與FCC排放測試相關(guān)的所有細節，成本和文書(shū)工作，這是一種很好的方法。有很多公司為BLE，WiFi，Zigbee，GSM和其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)制作模塊。

     他們產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了FCC批準的過(guò)程，并銷(xiāo)售包括芯片，平衡 - 不平衡轉換器，天線(xiàn)，晶體和屏蔽的模塊，這些模塊可以快速焊接到PCB上。當您使用其中一個(gè)經(jīng)過(guò)認證的模塊時(shí)，您根本不必擔心FCC有意輻射測試。

     我們通常會(huì )看到設計團隊在計劃生產(chǎn)小批量產(chǎn)品時(shí)使用這些模塊。這使他們能夠快速開(kāi)始他們的開(kāi)發(fā)過(guò)程，而無(wú)需在FCC繁忙工作中占用寶貴的資源。一旦產(chǎn)品起飛，財務(wù)狀況到位，團隊通常會(huì )考慮設計自己的RF技術(shù)。有兩種類(lèi)型的模塊需要了解

什么是預認證模塊？
      這些模塊由制造商生產(chǎn)，該制造商已采取獲得FCC認證所需的所有步驟。通過(guò)使用這些模塊，您將獲得符合FCC要求的優(yōu)勢，但您也將受限于您選擇的天線(xiàn)。

      生產(chǎn)這些模塊的OEM將與EMC測試實(shí)驗室合作，對可與變送器配合使用的少數天線(xiàn)進(jìn)行認證。這意味著(zhù)作為最終用戶(hù)，您需要選擇用于通過(guò)FCC指南的相同天線(xiàn)。大多數預認證模塊都附帶一本集成手冊，概述了該設備如何適應您現有的設計項目。

在考慮預先認證的模塊時(shí)，請記住以下幾點(diǎn)

陽(yáng)性	否定
可以幫助您快速啟動(dòng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。	顯著(zhù)高于設計自己的RF模塊的成本。
消除故意輻射合規的風(fēng)險。	只能使用特定的天線(xiàn)類(lèi)型和調制方案。
允許無(wú)線(xiàn)技術(shù)快速集成到您的設備中	你受制造商供應的擺布。

非認證模塊
也許您沒(méi)有預算花在認證模塊上，或者您將盡快制作自己的RF設備。如果是這樣，那么非認證模塊值得一看。這些模塊尚未通過(guò)官方認證測試，這意味著(zhù)您需要自己進(jìn)行測試。但是，它們確實(shí)提供了一種經(jīng)濟有效的方法來(lái)快速構建想法。

免責聲明 這條路不適合疲憊。我們已經(jīng)看到足夠多的公司將非認證模塊集成到他們的電路板中，但在測試實(shí)驗室中卻失敗了。數千美元后來(lái)和推遲上市的幾個(gè)星期教給他們一個(gè)艱難的教訓。僅使用非認證模塊作為臨時(shí)措施，而不是現場(chǎng)解決方案！

在考慮非認證模塊時(shí)，請記住以下幾點(diǎn)

陽(yáng)性	否定
成本低于認證模塊，非常適合預算緊張和原型。	與設計自己的RF模塊相比，成本更高。
天線(xiàn)和調制相位選擇更靈活。	仍然受制造商供應的擺布。
仍然可能比嘗試設計自己的RF模塊更好。	沒(méi)有FCC認證，你是獨立的。

1.組件和豁免產(chǎn)品
      如果您仍在尋找避免測試產(chǎn)品的麻煩的方法，那么我們有兩個(gè)最后的選擇。首先，您的設備可以使用幾種免除的產(chǎn)品類(lèi)別。這些類(lèi)別可以在“聯(lián)邦法規”第47篇第15部分第15.103節中找到。

      還可以選擇將您的設備保持在FCC對子組件的定義范圍內。這些被定義為數字設備的子系統，其不作為較大系統的一部分進(jìn)行銷(xiāo)售。如果它們作為系統的一部分進(jìn)行銷(xiāo)售，那么它們將需要遵守FCC規定。

2.徹底研究您的組件
      在原型設計階段，這是一個(gè)很好的成本削減策略。但是，當您將該模塊留在FCC測試過(guò)程中時(shí)，如果它返回失敗，請不要感到驚訝。

為避免這種混亂，我們建議您對所有組件進(jìn)行徹底的研究。在理想的世界中，我們說(shuō)只使用預先認證的模塊，但您需要考慮所有組件，而不僅僅是無(wú)線(xiàn)組件。以下是一些要記住的提示
a、請務(wù)必檢查以確保您沒(méi)有使用可能導致設備其他部件出現干擾問(wèn)題的組件。具有長(cháng)跡線(xiàn)的傳感器是許多示例之一。
b、請注意連接外部組件的電線(xiàn)和電纜。這些將始終發(fā)射電磁（EM）輻射。
c、對于預先認證的模塊，雙重和三重檢查您使用的是原始認證中使用的天線(xiàn)。如果你不這樣做，那么你需要自己提交測試。

3.識別無(wú)意的輻射器
你最近在電源線(xiàn)上看過(guò)鐵氧體磁珠嗎？這些小汽缸是排放災難最后解決方案的標志。這也是一個(gè)指標，設計師要么沒(méi)有時(shí)間，要么沒(méi)有花時(shí)間擔心設備產(chǎn)生的噪音。

不要等待災難發(fā)生，而是要預先知道EMI問(wèn)題往往會(huì )有許多問(wèn)題來(lái)源。您有時(shí)可以通過(guò)調整最響亮的EMI源來(lái)完成測試，但最好的辦法是減少所有輻射器的頻率。

為此，首先需要識別設計中的所有無(wú)意輻射器，這可以包括以下內容
a.數字時(shí)鐘
b.開(kāi)關(guān)電源
c.電機驅動(dòng)程序
d.具有重復電流泵浦的組件
所有這些設備都將在排放測試中看到，您的目標是識別這些噪聲制造者是什么，以及在開(kāi)始EMC測試之前如何調低它們。

4.計劃您的電路策略
在識別出所有無(wú)意的輻射器之后，您可以開(kāi)始降低功耗或限制其高次諧波輸出的過(guò)程。在規劃電路策略時(shí)，請牢記以下準則

      如果您的信號用于低帶寬路徑，則不需要完美無(wú)缺的方波和皮秒上升時(shí)間。對于I / O驅動(dòng)程序，這意味著(zhù)它只需要足夠強大的九次諧波內容及以上。

      直流電動(dòng)機可能是EMF災難，在設計使用電樞電刷的直流電機時(shí)，您可能需要在電機上包含一個(gè)100 pf或0.1 uF的電容，以實(shí)現正確的電弧放電。您還需要PCB和電機之間的兩個(gè)共模扼流圈以及電機上的反激二極管或緩沖電路  來(lái)保護驅動(dòng)晶體管。

5.減少您的板載天線(xiàn)尺寸
天線(xiàn)有自己的發(fā)射源問(wèn)題，這些問(wèn)題通常源于一系列較小的天線(xiàn)。因此，我們建議盡可能減少板載天線(xiàn)尺寸，并將它們封閉在地平面之間。您還可以在信號線(xiàn)周?chē)褂冒遢d層和泛光接地層，以幫助降低EMI并改善信號完整性。

6.注意外部聯(lián)系
      將PCB連接到外部連接的導線(xiàn)由于其長(cháng)度而成為最常見(jiàn)的輻射源之一，務(wù)必使用雙絞線(xiàn)在兩根導線(xiàn)之間創(chuàng )建緊密的共模特性，這將有助于產(chǎn)生接地參考信號，并保持外部電線(xiàn)連接的完整性和阻抗，它還有助于避免從開(kāi)環(huán)導線(xiàn)創(chuàng )建環(huán)形天線(xiàn)。

請記住，雙絞線(xiàn)無(wú)法幫助減少來(lái)自?xún)蓷l線(xiàn)的共模輻射，因為它們會(huì )輻射相同的信號，在這種情況下，您需要共模扼流圈來(lái)減少輻射。

對于USB和以太網(wǎng)等高速線(xiàn)路，請在雙絞線(xiàn)的兩端插入共模線(xiàn)圈，這將確保來(lái)自PCB的共模EMI不會(huì )進(jìn)入導線(xiàn)。它還可以減弱設備兩端的任何接地反彈。

對于電源連接，請務(wù)必將兩根導線(xiàn)穿過(guò)相同的共模鐵氧體扼流圈，這樣做可以抵消直流電流并最大限度地減少鐵氧體中產(chǎn)生的磁場(chǎng)，扼流圈應安裝在外殼出口處的PCB上。

7.考慮一個(gè)屏蔽盒
      考慮為具有各種噪聲源的設計添加屏蔽盒。如果您正在塑料外殼中使用消費類(lèi)設備，那么您可以在外殼內選擇導電涂層。在機箱上與機械團隊合作時(shí)，請務(wù)必在設計過(guò)程的早期階段確定法拉第籠的要求。

8.PCB布局策略
有大量的布局策略會(huì )影響RF設計中的發(fā)射。我們不能在這里全部介紹它們，但這里有一些指導方針可以幫助您入門(mén)
a.減少跡線(xiàn)長(cháng)度
始終盡可能縮短走線(xiàn)長(cháng)度，因為這有助于減少EMI問(wèn)題。多短？這取決于你的設計。作為一般準則，保持您的信號輸入盡可能短的接收路徑。此外，保持接收器及其輸入靠近在一起。這兩個(gè)放置考慮因素自然會(huì )導致更短的痕跡。

b.注意你的接地實(shí)踐
理想情況下，在設計中使用一個(gè)堅固的地平面，并使用精心布線(xiàn)的返回路徑。使用兩個(gè)單獨的接地層會(huì )導致電路部分的參考不同，從而增加干擾的可能性。

還要確保將任何旁路或去耦電容直接連接到地，以減少干擾的可能性。通向太長(cháng)的接地路徑會(huì )增加EMI的風(fēng)險。

c.使用旁路電容器降低噪音
您可以在直流分量附近放置旁路電容，以降低噪聲并產(chǎn)生更清晰的直流信號。對于放置，您可以使用電路板的底部，這為頂層上的過(guò)孔和扇出跡線(xiàn)提供了額外的空間。

總結

      以上是正對電子產(chǎn)品FCC認證方面的技巧總結，如有疑問(wèn)，請始終選擇使用預先認證的模塊，以使您的設計快速進(jìn)行。這些模塊為FCC合規性提供了一條簡(jiǎn)單有效的途徑，無(wú)需任何繁忙工作。對于那些敢于設計自己的RF模塊的人，請務(wù)必依靠您最寶貴的資源，測試中心以及我們在此處介紹的設計策略。