共享资料:GSM手机电磁兼容(EMC)设计

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1电磁兼容（EMC）的定义
    EMC性能表示为在一定的时间、频率、电磁空间的范围内，某设备或单元与其它设备或
单元，在所述范围内“和平共处”能力的大小，换句话说：该设备或单元对其它设备或单元
产生的不良影响，干扰要小，而且在这种电磁环境下，该设备或单元能够稳定、可靠地工作，
具备一定的抗干扰能力。
2电磁干扰方式
    ·频域内的干扰有四种类型：同频干扰、邻道干扰、互调干扰和杂散。
    邻道干扰和杂散可通过滤波技术来解决，同频干扰可通过合理的频率管理和分配来解决，
互调干扰可通过提高线性动态范围和合理地选择器件和工作点来解决。
    ·大小不同电平之间的干扰有强信号阻塞和远近效应两种类型。这两种干扰可通过合理
的选择功率等级和自动功率控制（APC）来解决。
    ·传导型干扰：它通过传输线作为媒介产生的干扰，例如，通过电源线和地线产生的干
扰，这种干扰可通过滤波和合理地进行PCB设计来解决。
    ·高频辐射干扰：这种干扰可通过屏蔽来解决，以减小干扰电场、磁场在“敏感”空间
内传播的能量。
3 GSM手机电磁兼容设计
    在改善和提高EMC性能方面，有三项技术可采用：接地、屏蔽、滤波。对于每一项技术
针对不同类别的具体产品，又有比较丰富的内容，这使得EMC设计具有一定的难度而且需要
经验。
3.1GSM手机EMC设计要求
    ·接收灵敏度：优于-102dBm／RBER（residualBER）＜ 20％（条件：classⅡ、静态、
900MHz频段）；
    ·发射频率误差：＜1×10－7，相位误差有效值：≤5°、峰值≤20°；
    ·射频输出功率（四类手机）：5dBm（3.22mW）-33dBm（2W）。
    接收机同道、邻道、阻塞、互调指标，发射机调制频谱、开关频谱、杂散辐射等指标
均需满足ETSGSM11.10和05.05（欧洲电信标准）技术规范中的各项要求。
3.2手机EMC设计的特点
    EMC设计这项工作在通信系统、通信设备、家用电器等设备中扮演着十分重要的角色。
对于GSM手机这种家用通信电子类产品来讲，手机EMC性能的好坏对GSM网络系统可靠、稳定
地工作、手机RF指标、人体感应程度、手机软硬件的可靠性和稳定性都有着直接的影响。
GSM手机EMC设计有下列特点：
    ①整机外形尺寸小，单位体积的功率密度大。现在GSM手机的外形尺寸一般为：长100mm、
宽40mm、厚25mm左右，对于四类机来讲，其最大输出射频功率为2W（33dBm）和其它的通信
设备相比较（例：100W寻呼发射机，25W调频车载台，20mW无绳电话），手机的单位体积功
率密度是最大的，这对EMC设计提出了较高的要求。
    ②重量轻、对屏蔽材料的选择要求高。因为GSM手机有重量要求（一般小于100克），
放在手机中采用过多的、过厚的屏蔽材料是不切合实际的，这又增加了EMC设计难度。
    ③TDMA脉冲突发（burst）工作方式。GSM手机采用TDMA通信工作方式（每帧8个时隙，
每帧长4.615ms，每时隙长577μs），这对输出开关频谱和电源滤波提出了较高的要求。
    ④人体感应问题突出。手持式通信终端都存在着人体感应问题，由于GSM手机工作在
900MHz和1800MHz频段，工作频率比一般的手持式通信终端都要高（例：150MHz、450MHz调
频对讲机，48～74 MHz家用无绳电话），因此该问题更加突出。
4 GSM手机EMC设计技术
    在GSM手机EMC设计工作中，与其它的通信设备一样，采用了接地、屏蔽、滤波这三项
技术。对于手机来讲，这些技术有它的特点。
4.1接地
    从电路分析的角度来看，接地就是一种能对电源或信号源提供一条在工作频率范围内
的低阻抗通路的技术。从这一点来看，采用大面积接地、短而粗的导线就近接地是一项基
本原则，接地与屏蔽和滤波密切相关，良好、可靠的接地是高质量屏蔽和滤波的前提条件。
接地方式有一点接地、多点接地、大面积接地、汇流条接地等，在手机中大多数采用PCB
大面积地线层接地和PCB周边汇流条按地。
4.2屏蔽
    因为手机是属于高性能价格比的通信类家用电器，而且有体积和重量的限制，故在进
行手机EMC屏蔽技术设计时，必须仔细考虑屏蔽方式和材料的选择以及加工工艺和表面处
理。在手机中，可选择的材料和特点如下所述：
    ·有金属涂层或镀层的工程塑料：其特点是可以降低手机的生产成本，容易与外壳在
结构和形位公差方面进行匹配，减轻手机重量，但由于镀层厚度和密度的限制，其屏蔽效
果一般来讲不如全金属的屏蔽结构件。由于国内塑胶模具的设计加工和金属层的镀涂一般
是由不同的厂家来完成的，EMC的设计者难以对其提出具体的电磁屏蔽效果要求，产品的
质量和稳定性难以保证，易出现镀涂层脱落、机械变形和表面氧化等问题，从而严重影响
屏蔽效果。笔者认为，除非采用这种方法的塑料件在物理、化学、电气特性指标方面有稳
定的工艺保证，一般国内自主开发的手机不宜采用这种方法。
    ·导电橡胶：这种材料是在硅橡胶中加入高电导率的金属粉末（如银、镍、
Ballotini），其形状和断面可根据需要有多种选择（例：O、U形状）。选择的基本依据
是电导率指标要高，有足够的机械强度、弹性和稳定性，这种材料的特点是：①弹性和电
导率会随着时间而变差（老化）；②抗震性能差，受到震动后，其电导率指标会变差；
③可维性差、易变形脱落。要形成高质量低阻抗的接地面，在工艺上有困难。
    由于上述原因，这种材料在新型手机中较少采用。
    ·金属冲压拉伸屏蔽结构件：从理论上来讲，采用这种方法可得到最好的屏蔽效果，
在进行设计时需要考虑到下列因素：
    （a）选择具有高电导率和导磁率的材料。
    金属导体对电磁波存在着两种损耗，吸收损耗和反射损耗，在工作频率大于100MHz时，
损耗以吸收损耗为主。
    （b）屏蔽材料在经过冲压拉伸成型和表面处理之后，要求尺寸精度要高，表面不易
氧化，有一定的机械强度，以满足生产和维修的要求。
    （c）工制造成本低。
    （d）由伽尔伐尼电池效应造成的电化腐蚀要小。
    （e）对于需要焊接的封闭式金属屏蔽金上孔的加工和处理：从EMC的角度来考虑，希
望孔的数量和孔径要越少越小为好，从红外再流焊的焊接工艺质量来考虑，又希望孔的数
量和孔径要多和大为好，这就需要EMC设计者在这两者之间作出折衷考虑。
    （f）在手机天线附近的屏蔽件的尺寸、形状、形位公差、光洁度、材料，将对天线
的分布参数产生很大的影响，从而进一步影响到PA（power amplifier）的输出功率、功
耗、相位误差、接收灵敏度等RF指标，这需要设计者给予足够的重视。
    针对国内的具体情况和工艺水平，笔者认为，屏蔽材料可选厚约0.2mm的铁皮镀镍或
铍青铜镀镍或选镍基不锈钢（需充分注意到脱模后材料的回弹形变），若屏蔽件需要焊
接，则表面处理改为镀锡。
4.3滤波
    滤波就是对某些频率点范围内的信号提供传输极点，而对另一些频率点范围内的信号
提供传输零点的技术。在GSM手机中采用了各种不同的滤波技术：①从滤波器的截止频率
来看，有低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）滤波器；②从作用的工作频率来看，
有低、中、高频滤波器；③从信号传输的方式来看，有传输型和旁路型滤波器；④从使用
的材料来看，有SAW（surface acoustic wave）、传输线、腔体、铁氧体、陶瓷滤波器；
⑤从使用的器件来看，有无源和有源滤波器。
    下面介绍在GSM手机中采用的一些特殊的滤波技术。
    （1）一路电源（电池）输入，多路电源输出的线性有源滤波技术
    由于GSM手机采用TDMA的方式工作，在一帧期间内，只在某些时隙内工作，故在整个
电源回路中，均存在着TDMA脉冲，特别是在发射时隙内。对于采用3.6V供电的手机，在
发射时隙内，其峰值电流在高功率档时可达2.5A左右。考虑到这一点，在GSM手机中广泛
采用这种技术，即对接收机、发射机驱动、PA、颇丰合成器、 CPU、基诺处理、SIM卡、
音频处理，LCD单元分别采用有源滤波输出供电。这种滤波技术可保证各路输出电源之间
的干扰很小，从而保证了EMC性能。若采用无源滤波技术，不但需要体积很大的滤波电容，
而且也是难以达到技术要求的。另外，GSM手机非常讲究功耗指标（待机连续通话时间的
长短），从这一点考虑，采用电源滤波管理技术，有利于对各个单元电路分别进行控制
和管理，让相关的单元电路只在相应的时隙内启动工作，在其余的时隙内均处于等待休
眠状态，从而可以达到进一步降低功耗、省电的目的。
    （2）铁氧体滤波器
    这种器件根据使用情况可分为几类：标准信号、高速信号、超高速信号、电源。利
用铁氧体的阻抗一频率特性（由材料配方和工艺决定），在低频段时呈感性，在高频段
时呈容性，在中间某一缺点处有一并联谐振点。把铁氧体滤波器串接在回路中，可构成
一个低通滤波器，它具有体积小、成本低、工作电流大的特点（和LC滤波器相比较），
特别适用于PA供电部分的大电流脉冲滤波，具有较高的性能价格比。
    （3）PCB上的传输线波波器
    在接收机输入端、PA的输出端回路中采用传输线。型滤波器比采用传统的集中参数
LC滤波器能获得更高的性价比。由于传输线的等效电感参数在设计中难以精确计算（与
PCB的介电常数、PCB的厚度、PCB上的导线长度、工作频率、边缘效应有关），又由于
PCB材料的介电常数可能会随生产批次而变化，放在GSM手机车。这种滤波器的并臂下地
电容（一般均用高Q值的高频瓷片电容）要求能在传输线上“滑动”接地，以获得较精确
的功率匹配和阻抗匹配，这对提高接收灵敏度、减小发射相位误差、提高射频输出功率
和降低电源功耗是有利的。 [br]<p align=right><font color=red>+3 RD币</font></p>

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以下是关于文中的电化学腐蚀的小故事

稍微有点儿电学常识的人都知道，电压的单位名称叫“伏特”；用过干电池的人都看到过每个电池上都有“1．5伏”、“6伏”或“9伏”的标志。然而，恐怕并非所有的人都知道“伏特”本是一个人的名字。

    伏特乃是实用电池的发明人。

    电池发明之前，人们获得电能的方法只有两种：一种是从静电机上通过摩擦收集电荷；另一种是从电容器的老祖先——莱顿瓶中收集电行。1745到1746年间，德国的克莱斯特、马森布罗克等人先后发现人接触电时有麻酥酥的触电感觉，这件事成了当时有名的新闻。而且，有不少魔术师携带着起电器和莱顿瓶周游各地卖艺，为人们做触电麻感表演。但是，从一般人利用电的角度讲，上述两种方法却都不太便利。

    为此，许多科学家都在积极寻找新的电源，意大利博洛尼亚大学教授林尔伐尼，就是热心奋斗者中的一个。

    1780年秋的一天，枷尔伐尼无意中将他妻子作药用的青蛙放置在了实验桌上的起电器旁，当他妻子用小刀剥青蛙皮时，死青蛙的腿党抽搐了起来。教授妻子非常吃惊，急忙把这个情况告诉了枷尔伐尼。伽尔伐尼怀疑这是电的作用。于是他作了许多试验来观察研究这种现象。他把剥了皮的青蛙剖开悬挂起来，并将青蛙的腿用铁丝与地面联接起来，当有雷电出现的时候，他看到青蛙的腿在不断抽搐。后来，则尔伐尼又把剥了皮的青蛙用黄钢丝钧挂起来，并用铁丝联接至地面。这时他发现，即使是在晴朗的日子里，也有可能看到青蛙的腿在不时地痉挛抽搐，只不过青蛙的腿并不是在每次试验中都抽搐。有一次枷尔伐尼在实验中用铁器触碰挂在青蛙脊柱上的铁约，这时他意外地看到青蛙的腿频繁地抽搐了起来。通过对这些现象的分析，枷尔代尼否定了自己开始时的推想，认为青蛙腿的抽搐与空中的电没有关系，但动物体内确实贮存着电，用金属接触它们，电就会跑出来。他把这种电称为“动物电”。

    1791年，枷尔伐尼将这些实验的情况及自己的结论写成论文，公布于学术界。

    这篇论文引起了欧洲学者的广泛关注和好评。学者们争先恐后地重复伽尔伐尼的实验并进行观察，但是他们的实验有的成功，有的不成功。

    伏特是意大利帕维亚大学的物理学教授，年轻时对电学就有过研究。作为一个研究电学的物理学家，伏特也想亲自来做一做这个实验。

    1792年的一天，伏特一大早就来到了实验室，助手们惊讶地发现今天他手里拿的不是物理实验用的器材，而是一个关着十几只活蹦乱跳的青蛙的笼子。

    伏特反复地作枷尔伐尼的实验，有时出现上面所说的那种情况，有时则没有。因此伏特怀疑枷尔伐尼实验的可靠性。伏特认为伽尔伐尼所说的“动物电”，也许根本不是那么一回事。如果伽尔伐尼说的不对，那就应该把真正的原因找出来。

    这时伏特回想起1750年德国人费尔兹的发现：将两块由不同金属制作的舌型板接触起来时，有电流出现，而相同金属的舌型板相接触时则没有电流出现。当时人们认为此现象是不可思议的。伏特重作了这个实验，他仍旧是把两块不同的金属板接触起来，仔细观察，想看看到底是怎么回事。

    此后，伏特全力研究起金属和电的关系。一天，他把自己当作实验对象，在自己身上做起试验来，他拿出一块铝片和一枚银币，让助手把这两种金属放在自己的舌头上，然后用金属导线把他们连接起来。助手见伏特伸着舌头，一本正经的样子，活像一只张大嘴想吞吃虫子的青蛙，不禁暗暗发笑。

    伏特却是异常认真，他仔细地体味着口中的滋味。突然，伏特“呸”的一声，把嘴里的小金属物全都吐了出来。原来，他感到了满嘴的酸味。不一会儿，他又让助手找来一把银勺，用它换下了那枚银币。这次他将银勺和铝片交换了位置，重新又做了一次“青蛙吃虫”的“游戏”。当助手将金属导线接通的一瞬间，伏特感到嘴里像含了一口盐水。这些实验证明，两种金属在一定的条件下就能产生电流。伏特坚信：只要能把这种电流引出来，就能造福于人类。

    经过一次又一次的实验，伏特终于找到了“动物肌肉里贮存着电”的秘密所在。原来，并不是蛙腿上的电跑到金属中来了，而是两种不同的金属接触后所产生的电流刺激了蛙腿，才使它们的肌肉因充电而收缩。伏特利



用验电器完成了这个实验。而且他还发现：当用锌板与铜板相接触而出现电流时，锌板一侧为负电，铜板一侧为正电。而采用其他金属时，根据所用金属种类的不同，两侧分别为正或负。

    伏特于1794年发表了自己的研究成果，并指出枷尔代尼所说的“动物电”是搞错了，他把自己发现的电称为“金属电”，他还编制出了一个接触生电的材料系列，它们的顺序是：锌、锡、铅、铁、铂、金、银、石墨、木炭等，接触生电所选用的材料，在上述系列中两种材料相隔得越远所产生的电流越大。另外，他还发现位于该系列末端的两种材料虽然不是金属，但也和金属一样，能够接触生电。

    1798年，伏特当众做了一个著名的实验：用一块银币和一块与它一样大小的锌板，中间夹着一张潮湿的纸板，做成一组最原始的电池。伏特用20组、30组、60组这样的电池连接在一起，他发现这个实验装置产生了以往所没有过的强电流，这时如果用手指去触及这一大串电池的两端，就会明显地感到麻酥酥地。如果用一根导线连着一端去触及另一端，就会看到闪光的电火花。这就是世界上最早发明的电池。

    麻酥酥的触电感觉和瞬间的火花给了伏特极大的鼓舞，他知道，人们要寻找的新电源已经来到了他的实验室里。他又日夜埋头试验，努力使这种新电源得到完善。他发觉潮湿纸板里的水容易被挤出来，影响电流的产生，于是就改用类似杯子的容器。以后他又发现用食盐水代替普通水，会产生更多的电火花。这样，伏特研制的电池已经达到实用的地步了。

    1800年，伏特在伦敦公布了他的发明。一个月后，伏特电池就已被人们用来把水分解为氧气和氢气了。这种电池不仅在英国各地传开，而且很快就传到了法国，受到好评，还获得了拿破仑奖章和奖金。

    后来，人们为了表彰伏特此项发明对物理学、电学及人类生活所作出的突出贡献，使用他的名字作为电压的单位。

    伏特的成绩激励着后人不断努力：

    1836年英国的丹尼尔对伏特电池作了改良，制造出丹尼尔电池，以后陆续又有本森电池和格罗布电池等问世。但是，那时电池的电压总是随着使用时间的延长而逐渐下降，人们还没有找到解决的办法。

    1860年，法国的布朗特埃发明了用铅制造的电池。这种电池的特性是：当电压下降时，可以给它通以反向的电流，使电池的电压再回升上来（即所谓的充电），因为这种电池能充电，所以又被称为蓄电池。

    不过，不论是蓄电池还是一般的电池，在阳板金属棒和阴极金属棒之间都必须灌充液体，因此搬运很不方便，特别是蓄电池使用的液体大多是硫酸，在挪动时很危险。

    为了克服这个缺点，1891年日本的屋井先藏发明了一种干电池，这种屋井式干电池与1878年法国的拉古兰久发明的拉古兰欠电池的原理是一样的。但是屋井先藏把拉古兰欠电池的氯化扶液体换成了糊状的氯化接，并严加密封。

    干电池的发明是很有影响的，逐渐为世界各国所采用。屋井先藏对于干电池进行了坚持不懈的研究，1926年他改用碳棒作干电池的阳极，进而完善了干电池的发明。



[em01]

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1780年秋的一天，枷尔伐尼无意中将他妻子作药用的青蛙放置在了实验桌上的起电器旁，当他妻子用小刀剥青蛙皮时，死青蛙的腿党抽搐了起来。教授妻子非常吃惊，急忙把这个情况告诉了枷尔伐尼。伽尔伐尼怀疑这是电的作用。于是他作了许多试验来观察研究这种现象。他把剥了皮的青蛙剖开悬挂起来，并将青蛙的腿用铁丝与地面联接起来，当有雷电出现的时候，他看到青蛙的腿在不断抽搐。后来，则尔伐尼又把剥了皮的青蛙用黄钢丝钧挂起来，并用铁丝联接至地面。这时他发现，即使是在晴朗的日子里，也有可能看到青蛙的腿在不时地痉挛抽搐，只不过青蛙的腿并不是在每次试验中都抽搐。有一次枷尔伐尼在实验中用铁器触碰挂在青蛙脊柱上的铁约，这时他意外地看到青蛙的腿频繁地抽搐了起来。通过对这些现象的分析，枷尔代尼否定了自己开始时的推想，认为青蛙腿的抽搐与空中的电没有关系，但动物体内确实贮存着电，用金属接触它们，电就会跑出来。他把这种电称为“动物电”。

glsqyj

能不能把“ETSGSM11.10和05.05”贴出来啊

12506

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beassiduous

狂顶楼主
你一次发这么多东东
辛苦啊[em08]

bestdesign

多谢12506！！
鼓励！！

mark610527

楼主令人仰慕之至！

wlb

好东西
谢谢了

SES200666

我的手机工作时，用频谱仪探工作频率72.8dB辐射!!这个有没有超平均值？
如果辐射对人有影响，什么电器产品的辐射都不如在通话的手机!!

libsuo

楼主好人啊，这个真实很实用的资料[em01]

zz139433

谢谢楼主