Một thiết bị không dây trượt phép thử hợp chuẩn tại phòng thử được công nhận không chỉ mất phí thử. Nó mất chỗ trong lịch đặt buồng đo, mất thời gian sửa thiết kế, rồi mất thêm một vòng đặt lịch nữa. Với sản phẩm chạy theo mùa vụ, hai vòng như vậy đủ để lỡ cả chu kỳ bán hàng.
Đo tiền hợp chuẩn là cách dịch phần lớn rủi ro đó về sớm, làm ngay trên bàn kỹ sư, bằng thiết bị của chính phòng R&D. Điều kiện là phải biết rõ hai chuyện: phép đo nào đáng làm sớm, và kết quả đo được so với giới hạn nào. Bài này bám vào băng 2,4 GHz — dải bận nhất và cũng là dải có nhiều thiết bị Việt Nam đưa ra thị trường nhất — với hai chế độ pháp lý chi phối phần lớn thương mại: FCC Part 15.247 của Hoa Kỳ và EN 300 328 của châu Âu.
Đo tiền hợp chuẩn khác đo hợp chuẩn ở chỗ nào
Khác biệt không nằm ở vật lý mà nằm ở mục đích và giá trị pháp lý của kết quả.
Phép thử hợp chuẩn chạy tại phòng thử được công nhận, trong buồng đo có đặc tính đã được kiểm chứng, theo đúng quy trình và cấu hình mà tiêu chuẩn quy định, với thiết bị có chuỗi truy xuất chuẩn đầy đủ. Kết quả là hồ sơ dùng để chứng nhận. Phép đo tiền hợp chuẩn chạy trên bàn, thường không có buồng, và kết quả không dùng để chứng nhận được. Cái nó tạo ra là biên độ dự phòng: biết mình đang cách giới hạn bao nhiêu dB, và biết chỗ nào sẽ hỏng trước.
Vì vậy tiêu chí thành công cũng khác. Với phép thử hợp chuẩn, đạt là đạt. Với đo tiền hợp chuẩn, một kết quả nằm sát giới hạn 1 dB nên coi là trượt — vì sai khác giữa bàn đo và buồng đo hoàn toàn có thể lớn hơn 1 dB. Kinh nghiệm thông thường là đặt ngưỡng nội bộ chặt hơn giới hạn pháp lý vài dB rồi mới mang đi thử chính thức.
Cần phân biệt luồng này với đo phát xạ EMC theo họ CISPR — đó là bài toán nhiễu không chủ ý, có bộ tách sóng và quy trình quét riêng, được bàn trong bài Đo EMI EMC theo CISPR: nhiễu dẫn, nhiễu bức xạ và bộ tách sóng. Bài này nói về phát xạ có chủ ý: các tham số vô tuyến của chính máy phát.
Hai chế độ pháp lý phát biểu giới hạn theo hai cách khác nhau
Đây là chỗ gây nhầm lẫn nhiều nhất, và nó không phải chuyện dịch thuật.
FCC Part 15.247 áp dụng cho các dải 902–928 MHz, 2400–2483,5 MHz và 5725–5850 MHz. Với hệ điều chế số ở 2,4 GHz, công suất ra dẫn cực đại là 1 W, và bề rộng băng 6 dB tối thiểu phải đạt 500 kHz. Với hệ nhảy tần trong dải 2400–2483,5 MHz, giới hạn là 1 W nếu dùng từ 75 kênh nhảy trở lên và 0,125 W nếu ít hơn. Mật độ phổ công suất dẫn từ bộ phát tới anten không được vượt 8 dBm trong bất kỳ băng 3 kHz nào trong suốt khoảng thời gian phát liên tục. Ngoài băng, công suất trong bất kỳ băng 100 kHz nào phải thấp hơn ít nhất 20 dB so với mức trong băng 100 kHz nằm trong dải. Toàn bộ giới hạn công suất ở trên được xây dựng trên giả định anten có độ lợi định hướng không vượt 6 dBi.
EN 300 328, bản V2.2.2 phát hành tháng 7 năm 2019, là chuẩn hài hoà phục vụ Chỉ thị Thiết bị Vô tuyến 2014/53/EU cho hệ truyền dữ liệu băng rộng ở 2,4 GHz. Công suất ra tối đa là 20 dBm EIRP. Với thiết bị dùng điều chế băng rộng không phải nhảy tần, mật độ phổ công suất tối đa là 10 dBm/MHz. Thiết bị không thích ứng phải giữ hệ số chiếm dụng môi trường không quá 10%; thiết bị thích ứng phải có cơ chế nghe trước khi phát hoặc phát hiện và tránh. Yêu cầu về tính thích ứng và chiếm dụng môi trường không áp dụng cho thiết bị phát dưới 10 dBm EIRP.
Ba khác biệt cần khắc vào đầu trước khi cầm máy đo:
- Dẫn so với bức xạ. FCC đặt giới hạn theo công suất dẫn tại đầu ra máy phát, với ràng buộc riêng về độ lợi anten. EN 300 328 đặt giới hạn theo EIRP, tức đã bao gồm độ lợi anten. Cùng một bo mạch, hai con số hoàn toàn khác nhau — và bạn không quy đổi được nếu chưa biết độ lợi anten thật.
- Băng chuẩn hoá của mật độ phổ khác nhau. FCC nói 8 dBm trong 3 kHz; EN 300 328 nói 10 dBm trong 1 MHz. Không có hệ số quy đổi cố định giữa hai con số này, vì kết quả phụ thuộc hình dạng phổ của tín hiệu. Phải đo riêng cho từng chế độ.
- Châu Âu ràng buộc hành vi truy nhập môi trường, Hoa Kỳ thì không theo cách đó. Chiếm dụng môi trường và nghe-trước-khi-phát là yêu cầu về cách thiết bị chia sẻ phổ theo thời gian, không phải về mức công suất. Đây là phần dễ bị bỏ quên nhất trong thiết kế firmware.
Bốn phép đo nên chạy trước khi vào buồng
Theo thứ tự lợi ích trên mỗi giờ công bỏ ra:
- Công suất ra và mật độ phổ công suất. Rẻ nhất, bắt được nhiều lỗi nhất, thường lộ ngay vấn đề chỉnh công suất hoặc đường phối hợp trở kháng. Đo ở cả kênh thấp nhất, giữa và cao nhất của dải — công suất hiếm khi phẳng theo tần số.
- Bề rộng băng chiếm dụng. Với FCC là bề rộng băng 6 dB và ngưỡng tối thiểu 500 kHz; với châu Âu là bề rộng kênh chiếm dụng. Lỗi ở đây thường bắt nguồn từ cấu hình điều chế hoặc tốc độ ký hiệu chứ không phải phần cứng RF, nên phát hiện sớm là sửa được bằng firmware.
- Phát xạ ngoài băng và hài. Quét rộng vượt lên trên hài bậc cao. Đây là hạng mục hay khiến sản phẩm trượt nhất và cũng khó sửa nhất, vì lời giải thường là lọc hoặc bố trí lại mạch — sửa muộn thì tốn kém.
- Hành vi truy nhập môi trường. Với thiết bị không thích ứng đưa sang châu Âu, phải đo hệ số chiếm dụng môi trường; với thiết bị thích ứng, phải chứng minh cơ chế nghe trước khi phát hoạt động thật. Phép đo này cần miền thời gian chứ không phải miền tần số.
Cấu hình máy đo và những chỗ dễ sai số
Ba lỗi cấu hình chiếm phần lớn các kết quả tiền hợp chuẩn không khớp với phòng thử:
Băng thông phân giải đặt sai so với băng chuẩn hoá của giới hạn. Giới hạn mật độ phổ của FCC quy chiếu về 3 kHz, của EN 300 328 về 1 MHz. Đặt băng thông phân giải tuỳ tiện rồi đọc thẳng số trên màn hình là cách chắc chắn nhất để ra kết quả sai. Khi băng thông phân giải khác băng chuẩn hoá, phải hiệu chỉnh, và với tín hiệu điều chế số thì hiệu chỉnh này không phải một hằng số đơn giản.
Bộ tách sóng và thời gian quét không phù hợp với tín hiệu xung. Tín hiệu gói dữ liệu không liên tục theo thời gian. Quét quá nhanh sẽ bỏ sót đỉnh; dùng sai bộ tách sóng sẽ cho trung bình thay vì đỉnh, hoặc ngược lại. Với các phép đo cần miền thời gian như chiếm dụng môi trường, phải chuyển sang chế độ dải không hoặc đo có cổng thời gian.
Quên hạch toán đường truyền. Cáp, bộ suy hao và bộ ghép định hướng đều có suy hao thay đổi theo tần số. Không đưa các suy hao này vào bảng hiệu chỉnh thì mọi số đo đều lệch, và lệch không đều theo tần số.
Về thiết bị, Keysight N9010B EXA là cấu hình phổ biến cho công việc này, với dải tần từ 10 Hz lên tới 3,6/7/13,6/26,5/32/44 GHz tuỳ tuỳ chọn và băng thông phân tích tới 40 MHz. Trần tần số là ràng buộc thật cần tính trước: để quét hài bậc cao của tín hiệu 2,4 GHz một cách có ý nghĩa, cấu hình 3,6 GHz là không đủ. Keysight cũng cung cấp ứng dụng đo EMI chạy trên nền X-Series để làm phép đo tiền hợp chuẩn và chẩn đoán ngay trong quá trình thiết kế, trước khi thiết bị vào buồng đo.
Khi cần vừa phát vừa thu để dựng kịch bản đo, Keysight M9410A VXT tích hợp máy phát và máy phân tích tín hiệu vector trong một mô-đun PXIe, dải tần tới 6 GHz và băng thông tức thời tới 1,2 GHz — bao trọn băng 2,4 GHz cùng phần lớn hài bậc thấp. Với thiết bị có ngăn xếp di động cần kiểm tra ở mức giao thức song song với tham số vô tuyến, Keysight E7515B UXM đóng vai bộ mô phỏng mạng.
Cây quyết định chọn cấu hình đo tiền hợp chuẩn
- Thị trường đích là đâu? Quyết định bộ giới hạn, và do đó quyết định bạn cần đo công suất dẫn hay EIRP. Nếu cả hai thị trường, phải chuẩn bị cả hai cách đo ngay từ đầu.
- Hài bậc mấy cần quét? Nhân tần số sóng mang lên, rồi chọn trần tần số máy phân tích cao hơn con số đó. Đây là quyết định không sửa được bằng phần mềm về sau.
- Thiết bị thích ứng hay không thích ứng? Nếu không thích ứng và bán vào châu Âu, phải chuẩn bị năng lực đo miền thời gian cho hệ số chiếm dụng môi trường.
- Có anten tích hợp không? Nếu có, không tách được cổng dẫn ra để đo, và phần lớn phép đo phải chuyển sang bức xạ — kéo theo yêu cầu về không gian đo và hiệu chuẩn anten.
- Cần biên dự phòng bao nhiêu dB? Đặt ngưỡng nội bộ chặt hơn giới hạn pháp lý và giữ nguyên nó qua các vòng thiết kế, thay vì nới ra khi kết quả sát ngưỡng.
Kết luận
Đo tiền hợp chuẩn không thay thế phép thử hợp chuẩn và không tạo ra hồ sơ chứng nhận. Giá trị của nó là chuyển các lỗi đắt tiền — phát xạ hài, bề rộng băng sai, hành vi truy nhập môi trường không đúng — từ giai đoạn cuối về giai đoạn còn sửa được bằng firmware hoặc bằng một thay đổi mạch nhỏ.
Điểm cần nhớ nhất khi làm cho hai thị trường: FCC ràng buộc công suất dẫn và mật độ phổ trong 3 kHz, EN 300 328 ràng buộc EIRP và mật độ phổ trong 1 MHz kèm yêu cầu về chia sẻ phổ theo thời gian. Đó là hai bộ phép đo khác nhau trên cùng một sản phẩm, không phải một bộ đo rồi quy đổi.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam và vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 — mắt xích bảo đảm rằng thiết bị dùng cho phép đo tiền hợp chuẩn của bạn vẫn cho số liệu đáng tin. Để được tư vấn cấu hình hoặc lên lịch hiệu chuẩn máy phân tích tín hiệu, liên hệ hotline 0908 173 345.
