試析電磁兼容在無線網絡設計的應用

【摘要】 伴隨著PCB走線速遞的增加，電磁兼容設計是不得不考慮的問題。面對一個產品，當進行一個電路設計的EMC分析時，其物理尺寸、阻抗匹配、干擾信號的時間特性、頻率特性以及干擾信號的強度需要考慮。在無線節點設計時，為達到低功耗的目的，必須考慮電磁兼容，降低功耗。

【關鍵詞】 電磁兼容 低功耗 無線節點 網絡

無線自組織網絡節點執行數據采集、處理和通信等工作。節點從器件上分為兩類，一類是全功能設備（FFD： FullFunctionDevice ），它擁有足夠的存儲空間來存放路由信息并且處理能力也比較強大：另一類是簡化功能設備（RFD：ReduceFunctionDevice ），它內存較小，功耗低，全功能器件主要起到網關作用，而簡化功能器件是最基本的傳感器節點，用來捕獲數據信息并傳遞給其范圍內的網關節點。

低功耗處理技術通過對無線傳感器網絡節點的制作工藝及各種不同場合下的應用分析，總結以下的基本設計原則：

1、節能是傳感器網絡節點設計最主要的問題。無線傳感器網絡要部署在人們無法接近的場所，而且不常更換供電設備，對節點功耗要求就非常嚴格。在設計過程中，應采用合理的能量監測與控制機制，功耗要限制在幾十毫瓦甚至更低數量級。

2、成本的高低是衡量傳感器網絡節點設計好壞的重要指標。傳感器網絡節點通常大量散布，只有低成本才能保證節點廣泛使用。這就要求無線傳感器節點的各個模塊的設計不能特別復雜，否則不利于降低成本。低功耗處理技術正是基于以上的設計原則，對無線傳感器網絡的節點進行了設計，實現系統通用平臺的硬件搭建。然而，低功耗的設計，必須以PCB的設計為基礎。無線網絡節點PCB低功耗設計原則如下：1.關鍵器件的物理尺寸：產生輻射的發射器件的大小尺寸。射頻（RF）電流將會產生電磁場，該電磁場會通過機殼泄漏而脫離機殼。PCB上的走線長度作為傳輸路徑對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.干擾信號的時間特性：這個問題是連續（周期信號）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，周期性的磁盤驅動操作或網絡突發傳輸）。 4.干擾信號的強度：源能量級別有多強，并且它產生有害干擾的潛力有多大。5.干擾信號的頻率特性：使用頻譜儀進行波形觀察，觀察到的問題在頻譜的哪個位置，便于找到問題的所在。另外，一些低頻電路的設計習慣需要注意。

針對那些測量到干擾電流的方向，通過修改無線節點PCB走線，使其不影響負載或敏感電路。那些要求從電源到負載的高阻抗路徑的應用，必須考慮返回電流可以流過的所有可能的路徑。還有一個PCB走線的問題。導線或走線的阻抗包含電阻R和感抗，在高頻時阻抗，沒有容抗存在。當走線頻率高于100kHz以上時，導線或走線變成了電感。在音頻以上工作的導線或走線可能成為射頻天線。在EMC的規范中，不容許導線或走線在某一特定頻率的λ/20以下工作（天線的設計長度等于某一特定頻率的λ/4或λ/2），當不小心那么設計時，走線變成了一根高效能的天線，這讓后期的調試變得更加棘手。

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

（1）能夠實現智能小區電量的監控，可以監控電壓、電流、電量等；（2）可以監控多個智能小區，只要更改協議，從而達到通用的目的；（3）符合智能小區信息采集系統產品入網標準。

通過低功耗處理技術研究，研制一種以小區智能監控為核心，能夠方便的應用的小區智能信息采集軟件，為企業節省監控費用，從而降低產品成本。

參 考 文 獻

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

[2]柴遠波 鄭晶晶 等，無線Mesh網絡應用技術[M].北京：電子工業出版社，2015