為電子產(chǎn)品FCC認(rèn)證設(shè)計(jì)PCB：每個(gè)電子設(shè)計(jì)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(rèn)證是否會(huì)阻礙你的成功？根據(jù)環(huán)測(cè)威的研究，所有首次電磁兼容性（EMC）測(cè)試中近50％會(huì)導(dǎo)致故障，我們都知道這意味著什么 - 重新定價(jià)，成本暴漲以及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)失敗。在這篇文章中，我們將揭開(kāi)點(diǎn)此產(chǎn)品FCC認(rèn)證的神秘面紗，這樣您就可以設(shè)計(jì)出第一次通過(guò)的電子產(chǎn)品。
一、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和FCC認(rèn)證
      美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）成立于1934年，是無(wú)線電頻譜的守門人，它知道在美國(guó)各地使用的設(shè)備和頻率。為什么設(shè)備首先需要加以監(jiān)管？幫助防止?jié)撛诘母蓴_。FCC通過(guò)確保每種產(chǎn)品都滿足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(rèn)證的對(duì)象？
“（a）對(duì)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(shù)量為5或更少的設(shè)備，不需要設(shè)備授權(quán)。
（b）人們認(rèn)識(shí)到，自建設(shè)備的個(gè)體建造者可能不具備進(jìn)行測(cè)量以確定是否符合規(guī)定的手段。在這種情況下，建筑商應(yīng)采用良好的工程實(shí)踐，以在最大可行范圍內(nèi)達(dá)到規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

三、FCC認(rèn)證測(cè)試什么？
FCC要求在美國(guó)銷售和銷售的電子設(shè)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(cè)試類別是：
a.EMC測(cè)試，此測(cè)試將測(cè)量設(shè)備在各種操作條件下生成的EMF字段的強(qiáng)度。
b.射頻測(cè)試，該測(cè)試將測(cè)量電磁頻譜上特定射頻內(nèi)生成的EMF場(chǎng)。
根據(jù)這兩個(gè)測(cè)試類別，如果您的設(shè)備具有RF組件，可以假設(shè)您只需要關(guān)注FCC，任何時(shí)鐘速度超過(guò)8 KHz的電子設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生某種干擾或噪音，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)繼續(xù)定義設(shè)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(shè)備有意發(fā)射RF信號(hào)并包括所有典型的無(wú)線模塊，如WiFi，藍(lán)牙，Zigbee等。這些設(shè)備必須經(jīng)過(guò)FCC的測(cè)試和認(rèn)證才能在美國(guó)銷售和銷售。

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

無(wú)論您的設(shè)備是國(guó)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(yàn)證，通過(guò)在獨(dú)立或FCC驗(yàn)證的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試來(lái)驗(yàn)證設(shè)備。如果FCC敲響，需要將您的產(chǎn)品保存在報(bào)告中。
2.符合性聲明，這些設(shè)備在經(jīng)過(guò)認(rèn)證的FCC測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試報(bào)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(rèn)證，需要認(rèn)證的設(shè)備在經(jīng)認(rèn)可的FCC測(cè)試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試報(bào)告將發(fā)送給FCC審核，提交，并希望通過(guò)。
【現(xiàn)在1.2已經(jīng)合并為SDOC認(rèn)證】

六、電子產(chǎn)品不合符FCC認(rèn)證要求的罰款
      FCC合規(guī)性的測(cè)試和認(rèn)證過(guò)程成本較高，了解您的預(yù)期投資的第一步是確定您的設(shè)備是無(wú)意或有意的輻射器，一旦定義，您需要確定您的設(shè)備是否需要驗(yàn)證，符合性聲明或認(rèn)證文書(shū)工作。對(duì)于無(wú)意輻射器，47 CFR 15第15.101節(jié)的B部分列出了以下設(shè)備類型及其要求的符合性：

故意輻射器需要認(rèn)證，這些設(shè)備的測(cè)試和認(rèn)證過(guò)程可能需要四到六周，我們還看到測(cè)試中心花了十個(gè)月的時(shí)間在一臺(tái)設(shè)備上工作，過(guò)程將根據(jù)您的產(chǎn)品規(guī)格和所選測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的響應(yīng)性而有所不同。

電子產(chǎn)品FCC認(rèn)證費(fèi)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(shè)備認(rèn)證，只需要驗(yàn)證或符合性聲明的設(shè)備運(yùn)行在1,000元到5,000元之間。
還有一個(gè)不合規(guī)費(fèi)用的痛苦主題，2016年7月1日，聯(lián)邦通信委員會(huì)對(duì)違反規(guī)定的產(chǎn)品處以罰款，每次違規(guī)產(chǎn)品或違規(guī)行為持續(xù)存在的每一天，最高罰款從37,500美元上升到47,350美元，持續(xù)違規(guī)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(rèn)證？
FCC提供的認(rèn)證類型稱為模塊化認(rèn)證，這基本上允許您作為設(shè)計(jì)人員購(gòu)買已經(jīng)過(guò)認(rèn)證的無(wú)線模塊，可用于您的設(shè)計(jì)。

如果您想在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段避免與FCC排放測(cè)試相關(guān)的所有細(xì)節(jié)，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)線技術(shù)制作模塊。

     他們產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了FCC批準(zhǔn)的過(guò)程，并銷售包括芯片，平衡 - 不平衡轉(zhuǎn)換器，天線，晶體和屏蔽的模塊，這些模塊可以快速焊接到PCB上。當(dāng)您使用其中一個(gè)經(jīng)過(guò)認(rèn)證的模塊時(shí)，您根本不必?fù)?dān)心FCC有意輻射測(cè)試。

     我們通常會(huì)看到設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在計(jì)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(cái)務(wù)狀況到位，團(tuán)隊(duì)通常會(huì)考慮設(shè)計(jì)自己的RF技術(shù)。有兩種類型的模塊需要了解：

什么是預(yù)認(rèn)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(rèn)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(shì)，但您也將受限于您選擇的天線。

      生產(chǎn)這些模塊的OEM將與EMC測(cè)試實(shí)驗(yàn)室合作，對(duì)可與變送器配合使用的少數(shù)天線進(jìn)行認(rèn)證。這意味著作為最終用戶，您需要選擇用于通過(guò)FCC指南的相同天線。大多數(shù)預(yù)認(rèn)證模塊都附帶一本集成手冊(cè)，概述了該設(shè)備如何適應(yīng)您現(xiàn)有的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

在考慮預(yù)先認(rèn)證的模塊時(shí)，請(qǐng)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。	顯著高于設(shè)計(jì)自己的RF模塊的成本。
消除故意輻射合規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)。	只能使用特定的天線類型和調(diào)制方案。
允許無(wú)線技術(shù)快速集成到您的設(shè)備中	你受制造商供應(yīng)的擺布。

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

免責(zé)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(rèn)證模塊集成到他們的電路板中，但在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中卻失敗了。數(shù)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(xùn)。僅使用非認(rèn)證模塊作為臨時(shí)措施，而不是現(xiàn)場(chǎng)解決方案！

在考慮非認(rèn)證模塊時(shí)，請(qǐng)記住以下幾點(diǎn)：

陽(yáng)性	否定
成本低于認(rèn)證模塊，非常適合預(yù)算緊張和原型。	與設(shè)計(jì)自己的RF模塊相比，成本更高。
天線和調(diào)制相位選擇更靈活。	仍然受制造商供應(yīng)的擺布。
仍然可能比嘗試設(shè)計(jì)自己的RF模塊更好。	沒(méi)有FCC認(rèn)證，你是獨(dú)立的。

1.組件和豁免產(chǎn)品
      如果您仍在尋找避免測(cè)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(shè)備可以使用幾種免除的產(chǎn)品類別。這些類別可以在“聯(lián)邦法規(guī)”第47篇第15部分第15.103節(jié)中找到。

      還可以選擇將您的設(shè)備保持在FCC對(duì)子組件的定義范圍內(nèi)。這些被定義為數(shù)字設(shè)備的子系統(tǒng)，其不作為較大系統(tǒng)的一部分進(jìn)行銷售。如果它們作為系統(tǒng)的一部分進(jìn)行銷售，那么它們將需要遵守FCC規(guī)定。

2.徹底研究您的組件
      在原型設(shè)計(jì)階段，這是一個(gè)很好的成本削減策略。但是，當(dāng)您將該模塊留在FCC測(cè)試過(guò)程中時(shí)，如果它返回失敗，請(qǐng)不要感到驚訝。

為避免這種混亂，我們建議您對(duì)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(yù)先認(rèn)證的模塊，但您需要考慮所有組件，而不僅僅是無(wú)線組件。以下是一些要記住的提示：
a、請(qǐng)務(wù)必檢查以確保您沒(méi)有使用可能導(dǎo)致設(shè)備其他部件出現(xiàn)干擾問(wèn)題的組件。具有長(zhǎng)跡線的傳感器是許多示例之一。
b、請(qǐng)注意連接外部組件的電線和電纜。這些將始終發(fā)射電磁（EM）輻射。
c、對(duì)于預(yù)先認(rèn)證的模塊，雙重和三重檢查您使用的是原始認(rèn)證中使用的天線。如果你不這樣做，那么你需要自己提交測(cè)試。

3.識(shí)別無(wú)意的輻射器
你最近在電源線上看過(guò)鐵氧體磁珠嗎？這些小汽缸是排放災(zāi)難最后解決方案的標(biāo)志。這也是一個(gè)指標(biāo)，設(shè)計(jì)師要么沒(méi)有時(shí)間，要么沒(méi)有花時(shí)間擔(dān)心設(shè)備產(chǎn)生的噪音。

不要等待災(zāi)難發(fā)生，而是要預(yù)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(diào)整最響亮的EMI源來(lái)完成測(cè)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(shí)別設(shè)計(jì)中的所有無(wú)意輻射器，這可以包括以下內(nèi)容：
a.數(shù)字時(shí)鐘
b.開(kāi)關(guān)電源
c.電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序
d.具有重復(fù)電流泵浦的組件
所有這些設(shè)備都將在排放測(cè)試中看到，您的目標(biāo)是識(shí)別這些噪聲制造者是什么，以及在開(kāi)始EMC測(cè)試之前如何調(diào)低它們。

4.計(jì)劃您的電路策略
在識(shí)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(guī)劃電路策略時(shí)，請(qǐng)牢記以下準(zhǔn)則：

      如果您的信號(hào)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(duì)于I / O驅(qū)動(dòng)程序，這意味著它只需要足夠強(qiáng)大的九次諧波內(nèi)容及以上。

      直流電動(dòng)機(jī)可能是EMF災(zāi)難，在設(shè)計(jì)使用電樞電刷的直流電機(jī)時(shí)，您可能需要在電機(jī)上包含一個(gè)100 pf或0.1 uF的電容，以實(shí)現(xiàn)正確的電弧放電。您還需要PCB和電機(jī)之間的兩個(gè)共模扼流圈以及電機(jī)上的反激二極管或緩沖電路  來(lái)保護(hù)驅(qū)動(dòng)晶體管。

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

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

請(qǐng)記住，雙絞線無(wú)法幫助減少來(lái)自兩條線的共模輻射，因?yàn)樗鼈儠?huì)輻射相同的信號(hào)，在這種情況下，您需要共模扼流圈來(lái)減少輻射。

對(duì)于USB和以太網(wǎng)等高速線路，請(qǐng)?jiān)陔p絞線的兩端插入共模線圈，這將確保來(lái)自PCB的共模EMI不會(huì)進(jìn)入導(dǎo)線。它還可以減弱設(shè)備兩端的任何接地反彈。

對(duì)于電源連接，請(qǐng)務(wù)必將兩根導(dǎo)線穿過(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(yīng)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(shè)計(jì)添加屏蔽盒。如果您正在塑料外殼中使用消費(fèi)類設(shè)備，那么您可以在外殼內(nèi)選擇導(dǎo)電涂層。在機(jī)箱上與機(jī)械團(tuán)隊(duì)合作時(shí)，請(qǐng)務(wù)必在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(dǎo)方針可以幫助您入門：
a.減少跡線長(zhǎng)度
始終盡可能縮短走線長(zhǎng)度，因?yàn)檫@有助于減少EMI問(wèn)題。多短？這取決于你的設(shè)計(jì)。作為一般準(zhǔn)則，保持您的信號(hào)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(dǎo)致更短的痕跡。

b.注意你的接地實(shí)踐
理想情況下，在設(shè)計(jì)中使用一個(gè)堅(jiān)固的地平面，并使用精心布線的返回路徑。使用兩個(gè)單獨(dú)的接地層會(huì)導(dǎo)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(zhǎng)的接地路徑會(huì)增加EMI的風(fēng)險(xiǎn)。

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(hào)。對(duì)于放置，您可以使用電路板的底部，這為頂層上的過(guò)孔和扇出跡線提供了額外的空間。

總結(jié)：

      以上是正對(duì)電子產(chǎn)品FCC認(rèn)證方面的技巧總結(jié)，如有疑問(wèn)，請(qǐng)始終選擇使用預(yù)先認(rèn)證的模塊，以使您的設(shè)計(jì)快速進(jìn)行。這些模塊為FCC合規(guī)性提供了一條簡(jiǎn)單有效的途徑，無(wú)需任何繁忙工作。對(duì)于那些敢于設(shè)計(jì)自己的RF模塊的人，請(qǐng)務(wù)必依靠您最寶貴的資源，測(cè)試中心以及我們?cè)诖颂幗榻B的設(shè)計(jì)策略。