ความทนทานต่อ EMI ของปากกาอ่านหนังสือ RS และ CS: ผ่าน 3 V/m และ 1 kV ใน 11 รุ่นของปากกาอ่านหนังสือ

กลุ่มผู้อ่าน: บทความนี้เขียนสำหรับผู้จัดการคุณภาพ OEM/ODM เจ้าหน้าที่ดูแลการปฏิบัติตามข้อกำหนดของเจ้าของแบรนด์ และหน่วยงานจัดซื้อของโรงเรียนที่ต้องอ่านรายงานการทดสอบภูมิคุ้มกัน เราจะอธิบายผลการทดสอบภูมิคุ้มกันแบบแผ่รังสี (RS) และภูมิคุ้มกันแบบนำ (CS) ของ SKU ทั้ง 11 รุ่นในสายผลิตภัณฑ์ Smart Reading Pen (B1, B2, F8, K7, KF1, L5, P2, Q6, Q8, T2, Y6) พร้อมอธิบายรูปแบบความล้มเหลว และแสดงรายละเอียดของตัวเรือนและ PCB ที่ส่งผลต่อการผ่านหรือไม่ผ่านที่ 3 V/m

ปากกาอ่านหนังสือที่ทำงานไม่ได้เมื่อครูเดินผ่านไปพร้อม Wi-Fi access point ไม่ใช่ปากกาอ่านหนังสือที่ผ่านมาตรฐาน EMC directive 2014/30/EU ของยุโรป ภูมิคุ้มกันเป็นส่วนเติมเต็มของการปล่อยคลื่นรบกวน: แทนที่จะถามว่า "ปากกาปล่อยสัญญาณรบกวนหรือไม่?" เราถามว่า "ปากกายังทำงานได้หรือไม่เมื่อโลกรอบข้างปล่อยสัญญาณรบกวน?" มาตรฐานที่เกี่ยวข้องคือ EN 61000-4-3 (RS, แผ่รังสี, 80 MHz ถึง 6 GHz ที่ 3 V/m), EN 61000-4-6 (CS, นำ, 150 kHz ถึง 80 MHz ที่ 3 V) และ EN 61000-4-2 (ESD, ครอบคลุมในบทความที่เกี่ยวข้อง)

เคล็ดลับสำหรับผู้ซื้อ: เมื่อคุณซื้อปากกาอ่านหนังสือและต้องการจัดส่งไปยังโรงเรียน ให้ขอรายงานการทดสอบ EN 61000-4-3 เกณฑ์การผ่านคือปากกาต้องเล่นเสียงต่อเนื่องโดยไม่มีเสียงขาดหายที่ 3 V/m ผู้จำหน่ายที่ล้มเหลวที่ 1 V/m ไม่พร้อมเข้าสู่ตลาด

1. มาตรฐานภูมิคุ้มกันสามมาตรฐานที่เราทดสอบ

ในทางปฏิบัติสิ่งที่ยากที่สุดคือ RS เพราะความล้มเหลวบางครั้งเป็นเสียงขาดหาย 7 วินาทีที่ผู้ใช้สังเกตได้ว่าเป็น "เสียงกระตุก" สิ่งที่ง่ายที่สุดในทางปฏิบัติคือเสิร์จ เพราะพอร์ต USB สั้นและตัวหนีบเสิร์จเป็นวงจรที่มีเพียง 2 ชิ้นส่วน บทความนี้มุ่งเน้นที่ RS และ CS

2. การตั้งค่าการทดสอบ RS และ Field Probe

การทดสอบภูมิคุ้มกันแบบแผ่รังสีจะวางปากกาอ่านหนังสือบนโต๊ะที่ไม่นำไฟฟ้าภายในห้องกึ่งไร้เสียงสะท้อน ฉายด้วยเสาอากาศ biconical/log-periodic ที่ระยะ 3 ม. Field probe ตรวจวัดความแรงของสนามที่ตำแหน่งของปากกา คอมพิวเตอร์ในห้องจะสแกน 80 MHz ถึง 6 GHz ทีละ 1% และค้าง 1 วินาทีต่อความถี่ พร้อม modulation แอมพลิจูด 80% ที่ 1 kHz

ระหว่างการสแกน ปากกาจะเล่นแทร็กเสียงทดสอบต่อเนื่อง ("the quick brown fox jumps over the lazy dog") จากไฟล์ WAV 44.1 kHz ที่ระดับเสียง 70% ของเต็มระดับ ไมโครโฟนอ้างอิงอยู่ห่างจากตะแกรงลำโพง 30 ซม. หากระดับความดันเสียงลดลงเกิน 2 dB เป็นเวลานานกว่า 50 ms จะถูกบันทึกเป็นความล้มเหลวของ RS

การสแกนใช้เวลา 92 นาทีต่อ SKU ต่อการวางตำแหน่ง เราทดสอบ 4 การวางตำแหน่ง (แนวนอน, แนวตั้ง, ขอบตั้ง, USB ชี้ขึ้น) และ 2 โพลาไรเซชัน (เสาอากาศแนวนอนและแนวตั้ง) รวมเป็น 8 การสแกน ค่าใช้จ่ายต่อ SKU ต่อรอบคือ 4,200 ดอลลาร์สำหรับเวลาในห้องทดสอบกับพันธมิตรด้านการรับรอง เราดำเนินการรอบนี้ทุกไตรมาส

3. ระยะห่างการผ่าน RS ต่อ SKU ที่ 3 V/m

เกณฑ์การผ่านที่ 3 V/m คือ "ไม่มีเสียงขาดหาย" ในทางปฏิบัติเราต้องการระยะเผื่ออย่างน้อย 30% ซึ่งหมายความว่าปากกาต้องยังเล่นได้อย่างถูกต้องที่ 4 V/m ตารางด้านล่างแสดงความแรงของสนามที่ปากกาเริ่มมีเสียงขาดหายในอย่างน้อยหนึ่งย่านความถี่

ทั้ง 11 SKU ผ่านที่ระดับ 3 V/m เกณฑ์เริ่มเกิดดรอปแรกอยู่ระหว่าง 3.8 V/m บน K7 ไปจนถึง 5.6 V/m บน T2 T2 และ Y6 ได้ประโยชน์จาก PSRR (อัตราส่วนการลดทอนแหล่งจ่ายไฟ) ที่ดีกว่าของ codec เสียงขนาดใหญ่กว่า ซึ่งทำให้วงจรเสียงทนทานต่อการเหนี่ยวนำพลังงาน RF ที่ถูกขยายผ่านสาย USB ได้มากกว่า

ย่านความถี่ที่มีปัญหามากที่สุดจะจับกลุ่มเป็นสามกลุ่ม: 220–280 MHz ในซีรีส์ B และ P (ซึ่งเป็นตำแหน่งฮาร์มอนิกที่สามของวงจรบูทคอนเวอร์เตอร์), 480–520 MHz ในซีรีส์ F และ K (ซึ่งเป็นตำแหน่งฮาร์มอนิกที่สามของสัญญาณนาฬิกา 168 MHz ของ Cortex-M4F), 720–960 MHz ในซีรีส์ L และ Q (ซึ่งเป็นตำแหน่งฮาร์มอนิกที่ห้าของสัญญาณนาฬิกา 192 MHz ของ Cortex-M33) และ 2.4–2.5 GHz บน T2 และ Y6 (ซึ่งเป็นย่านความถี่พื้นฐานของวิทยุ BLE ที่อ่อนไหวต่อการรบกวนตัวเอง)

4. การตั้งค่าการทดสอบ CS และการเชื่อมต่อด้วย CDN

การทดสอบภูมิคุ้มกันแบบนำเข้าจะฉีดพลังงาน RF ผ่าน CDN (เครือข่ายเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อ) ที่ต่อกับสาย USB ระดับการฉีดอยู่ที่ 3 V rms ตั้งแต่ 150 kHz ถึง 80 MHz โดยมีการมอดูเลต AM ที่ 80 % ระบบจะตรวจสอบสัญญาณเสียงออกของปากกาเพื่อหาการขาดหายของเสียง

การทดสอบ CS ใช้เวลาเร็วกว่ามาก (12 นาทีต่อพอร์ต CDN) แต่ยุ่งยากกว่าเพราะอิมพีแดนซ์โหมดร่วมของ CDN ที่ 1 MHz อยู่ที่ 150 Ω ในขณะที่อิมพีแดนซ์โหมดร่วมของสาย USB ที่ความถี่เดียวกันอยู่ที่ 30 Ω ความไม่สอดคล้องกันนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟเกินที่พอร์ต USB ของปากกาเมื่อเกิดเรโซแนนซ์ ซึ่งเราลดทอนด้วยการใส่บีดเฟอร์ไรต์ที่ขั้วอินพุต USB

ผ่านการทดสอบ CS ที่ 3 V rms ครบทั้ง 11 SKU ระดับ first-drop อยู่ระหว่าง 3.8 ถึง 4.8 V ซึ่งสูงกว่าเกณฑ์ 3 V อย่างสบาย

5. โหมดความล้มเหลวที่เกิดซ้ำ 3 แบบ

ความล้มเหลว 3 โหมดที่ทำให้ต้องทดสอบ RS ใหม่ถึง 88%:

1. เสียงดับที่ 480 MHz บนรุ่น F และ K — เกิดจากฮาร์มอนิกของนาฬิกา 168 MHz วิธีแก้: เพิ่มตัวเก็บประจุ 33 pF ขนานกับตัวเหนี่ยวนำบูสต์ และเฟอร์ไรท์บีดที่พอร์ต USB
2. รีเซ็ตการบู๊ตที่ 720 MHz บน Q6 — เกิดจากแรงดันตกบนราง VDD วิธีแก้: เพิ่มค่าคาปาซิแตนซ์บัลก์บนรางออดิโอแอมป์จาก 22 μF เป็น 47 μF
3. BLE desense ที่ 2.4 GHz บน T2 — เกิดจากการรบกวนตัวเองของวิทยุขณะเปิดเสียงเต็มระดับ วิธีแก้: ลดเอาต์พุต full-scale ของเสียงจาก 1.0 Vrms เป็น 0.85 Vrms ระหว่าง BLE TX

6. เรื่องของตัวเครื่องและสายเคเบิล

ปากกาอ่านหนังสือเป็นวัสดุนำไฟฟ้าขนาดเล็กที่ประกอบด้วยพอร์ต USB, ลำโพงเสียง, ไมโครโฟน, เซ็นเซอร์กล้อง และแบตเตอรี่ ตัวเครื่องพลาสติกใช้วัสดุ ABS ในซีรีส์ B, F, P และ PC/ABS ในซีรีส์ L, K, Q, T, Y พลาสติกทำหน้าที่เป็นฉนวนมากกว่าจะเป็นเกราะป้องกัน เราไม่เคลือบโลหะภายในตัวเครื่องเพราะที่ระดับการผลิตของเรา ต้นทุนสูงเกินกว่าประโยชน์ที่จะได้รับ

เรื่องที่น่าสนใจกว่าคือสาย USB สายที่แถมในชุดมาตรฐานยาว 30 ซม. และสาย 1 ม. สำหรับตัวเลือก OEM สายยาว 1 ม. ทำหน้าที่เป็นสายอากาศแบบ common-mode ในย่าน 220–400 MHz และลดระยะปลอดภัย RS ลงประมาณ 1 dB เราบันทึกข้อมูลนี้ไว้และแนะนำให้ใช้สาย 30 ซม. สำหรับการติดตั้งในสหภาพยุโรปที่เป็นกรณีเลวร้ายที่สุด

ผู้จัดการฝ่ายไอทีของเขตการศึกษาที่อ่านเอกสารนี้สามารถระบุขอสายชีลด์ 30 ซม. ในใบสั่งซื้อได้ เราดำเนินการในราคา 0.40 ดอลลาร์ต่อปากกา เทียบกับ 0.18 ดอลลาร์สำหรับสาย 1 ม. ไม่ชีลด์

7. โปรแกรม OEM และการทดสอบซ้ำหลังได้รับการรับรอง

OEM แบบ Pattern A ที่มีการเดินสายวงจรแอมป์เสียงใหม่หรือเพิ่มบอร์ดลูกสำหรับโมดูลไร้สายเฉพาะของ OEM จำเป็นต้องทดสอบความทนทานต่อสัญญาณรบกวนใหม่ ต้นทุนจะแตกต่างกันไปตามสิ่งที่เปลี่ยน

เราขอแนะนำอย่างยิ่งให้การเปลี่ยนแปลงฝั่ง OEM ระหว่างอายุโปรแกรมเป็นชิ้นส่วนที่ไม่กระทบต่อ EMC วิธีที่ประหยัดที่สุดในการจัดส่งให้โรงเรียนในสหภาพยุโรปคือซื้อ SKU ที่ได้รับการรับรองแล้ว

8. บทสรุปสำหรับผู้จัดจำหน่ายและการประมูล

เรื่องความทนทานต่อสัญญาณรบกวนคือจุดที่ปากกาอ่านหนังสือราคาถูกสูญเสียความได้เปรียบด้านต้นทุน B1 ที่ 4.6 V/m และ T2 ที่ 5.6 V/m ต่างก็ผ่านทั้งคู่ แต่ T2 มีระยะปลอดภัยเหนือกว่า 0.6 dB ซึ่งแปลว่ามีโอกาสเกิดปัญหาในสนามน้อยลง 20% เมื่อโรงเรียนอัปเกรด Wi-Fi ครั้งถัดไป หากคุณกำลังยื่นประมูลโครงการ 12,000 ปากกาสำหรับโรงเรียน ตัวเลขเหล่านี้เป็นใจให้ SKU ระดับสูงกว่า

ขอใบเสนอราคา — รับการตอบกลับจากโรงงานอย่างรวดเร็ว

CTA

บทความที่เกี่ยวข้อง

• การทดสอบ EMI EMC และ ESD ของปากกาอ่านหนังสือ
• การทดสอบการแผ่รังสีและการนำไฟฟ้าของ EMI ในปากกาอ่านหนังสือ
• การทดสอบ ESD แบบสัมผัสและแบบปล่อยประจุทางอายกาศของปากกาอ่านหนังสือ
• การออกแบบ PCB และความเข้ากันได้ทาง EMC ของปากกาอ่านหนังสือ
• เปรียบเทียบ Bluetooth 5.0 vs 5.2 vs 5.3 ในปากกาอ่านหนังสือ
• การเคลือบคอนฟอร์มัลและซีลกันความชื้นของปากกาอ่านหนังสือ
• ขอใบเสนอราคา

CTA ขั้นสุดท้าย