EMC 設計技術--GSM手機-----(應很普遍)

kinpoagilent

1電磁兼容（EMC）的定義
    EMC性能表示為在一定的時間、頻率、電磁空間的範圍內，某設備或單元與其它設備或單元，在所述範圍內「和平共處」能力的大小，換句話說：該設備或單元對其它設備或單元產生的不良影響，干擾要小，而且在這種電磁環境下，該設備或單元能夠穩定、可靠地工作，具備一定的抗干擾能力。

2電磁干擾方式
    ·頻域內的干擾有四種類型：同頻干擾、鄰道干擾、互調干擾和雜散。
    鄰道干擾和雜散可通過濾波技術來解決，同頻干擾可通過合理的頻率管理和分配來解決，互調干擾可通過提高線性動態範圍和合理地選擇器件和工作點來解決。
   
    ·大小不同電平之間的干擾有強信號阻塞和遠近效應兩種類型。這兩種干擾可通過合理的選擇功率等級和自動功率控制（APC）來解決。
   
    ·傳導型干擾：它通過傳輸線作為媒介產生的干擾，例如，通過電源線和地線產生的干擾，這種干擾可通過濾波和合理地進行PCB設計來解決。
   
    ·高頻輻射干擾：這種干擾可通過屏蔽來解決，以減小干擾電場、磁場在「敏感」空間內傳播的能量。


3 GSM手機電磁兼容設計
    在改善和提高EMC性能方面，有三項技術可採用：接地、屏蔽、濾波。對於每一項技術針對不同類別的具體產品，又有比較豐富的內容，這使得EMC設計具有一定的難度而且需要經驗。

3.1GSM手機EMC設計要求
    ·接收靈敏度：優於-102dBm／RBER（residualBER）＜ 20％（條件：classⅡ、靜態、900MHz頻段）；
    ·發射頻率誤差：＜1×10－7，相位誤差有效值：＜5°、峰值＜20°；
    ·射頻輸出功率（四類手機）：5dBm（3.22mW）-33dBm（2W）。
    ·接收機同道、鄰道、阻塞、互調指標，發射機調製頻譜、開關頻譜、雜散輻射等指標均需滿足ETSGSM11.10和05.05（歐洲電信標準）技術規範中的各項要求。

3.2手機EMC設計的特點
    EMC設計這項工作在通信系統、通信設備、家用電器等設備中扮演著十分重要的角色。對於GSM手機這種家用通信電子類產品來講，手機EMC性能的好壞對GSM網絡系統可靠、穩定地工作、手機RF指標、人體感應程度、手機軟硬件的可靠性和穩定性都有著直接的影響。

GSM手機EMC設計有下列特點：

    １整機外形尺寸小，單位體積的功率密度大。現在GSM手機的外形尺寸一般為：長100mm、寬40mm、厚25mm左右，對於四類機來講，其最大輸出射頻功率為2W（33dBm）和其它的通信設備相比較（例：100W尋呼發射機，25W調頻車載台，20mW無繩電話），手機的單位體積功率密度是最大的，這對EMC設計提出了較高的要求。
   
    ２重量輕、對屏蔽材料的選擇要求高。因為GSM手機有重量要求（一般小於100克），放在手機中採用過多的、過厚的屏蔽材料是不切合實際的，這又增加了EMC設計難度。
   
    ３TDMA脈衝突發（burst）工作方式。GSM手機採用TDMA通信工作方式（每幀8個時隙，每幀長4.615ms，每時隙長577μs），這對輸出開關頻譜和電源濾波提出了較高的要求。
   
    ４人體感應問題突出。手持式通信終端都存在著人體感應問題，由於GSM手機工作在900MHz和1800MHz頻段，工作頻率比一般的手持式通信終端都要高（150MHz、450MHz調頻對講機，48～74 MHz家用無繩電話），因此該問題更加突出。

4 GSM手機EMC設計技術
    在GSM手機EMC設計工作中，與其它的通信設備一樣，採用了接地、屏蔽、濾波這三項技術。對於手機來講，這些技術有它的特點。

    4.1接地
    從電路分析的角度來看，接地就是一種能對電源或信號源提供一條在工作頻率範圍內的低阻抗通路的技術。從這一點來看，採用大面積接地、短而粗的導線就近接地是一項基本原則，接地與屏蔽和濾波密切相關，良好、可靠的接地是高質量屏蔽和濾波的前提條件。接地方式有一點接地、多點接地、大面積接地、匯流條接地等，在手機中大多數採用PCB大面積地線層接地和PCB周邊匯流條按地。

    4.2屏蔽
    因為手機是屬於高性能價格比的通信類家用電器，而且有體積和重量的限制，故在進行手機EMC屏蔽技術設計時，必須仔細考慮屏蔽方式和材料的選擇以及加工工藝和表面處理。在手機中，可選擇的材料和特點如下所述：
   
    ·有金屬塗層或鍍層的工程塑料：其特點是可以降低手機的生產成本，容易與外殼在
結構和形位公差方面進行匹配，減輕手機重量，但由於鍍層厚度和密度的限制，其屏蔽效果一般來講不如全金屬的屏蔽結構件。由於國內塑膠模具的設計加工和金屬層的鍍塗一般是由不同的廠家來完成的，EMC的設計者難以對其提出具體的電磁屏蔽效果要求，產品的質量和穩定性難以保證，易出現鍍塗層脫落、機械變形和表面氧化等問題，從而嚴重影響屏蔽效果。筆者認為，除非採用這種方法的塑料件在物理、化學、電氣特性指標方面有穩定的工藝保證，一般國內自主開發的手機不宜採用這種方法。
   
     ·導電橡膠：這種材料是在硅橡膠中加入高電導率的金屬粉末（如銀、鎳、
Ballotini），其形狀和斷面可根據需要有多種選擇（例：O、U形狀）。選擇的基本依據是電導率指標要高，有足夠的機械強度、彈性和穩定性，這種材料的特點是：
        １彈性和電導率會隨著時間而變差（老化）；
        ２抗震性能差，受到震動後，其電導率指標會變差；
        ３可維性差、易變形脫落。要形成高質量低阻抗的接地面，在工藝上有困難。
    由於上述原因，這種材料在新型手機中較少採用。
   
    ·金屬沖壓拉伸屏蔽結構件：從理論上來講，採用這種方法可得到最好的屏蔽效果，
在進行設計時需要考慮到下列因素：
    （a）選擇具有高電導率和導磁率的材料。金屬導體對電磁波存在著兩種損耗，吸收損耗和反射損耗，在工作頻率大於100MHz時，損耗以吸收損耗為主。
    （b）屏蔽材料在經過沖壓拉伸成型和表面處理之後，要求尺寸精度要高，表面不易氧化，有一定的機械強度，以滿足生產和維修的要求。
    （c）工製造成本低。
    （d）由伽爾伐尼電池效應造成的電化腐蝕要小。
    （e）對於需要焊接的封閉式金屬屏蔽金上孔的加工和處理：從EMC的角度來考慮，希望孔的數量和孔徑要越少越小為好，從紅外再流焊的焊接工藝質量來考慮，又希望孔的數量和孔徑要多和大為好，這就需要EMC設計者在這兩者之間作出折衷考慮。
    （f）在手機天線附近的屏蔽件的尺寸、形狀、形位公差、光潔度、材料，將對天線
的分佈參數產生很大的影響，從而進一步影響到PA（power amplifier）的輸出功率、功耗、相位誤差、接收靈敏度等RF指標，這需要設計者給予足夠的重視。
   
針對國內的具體情況和工藝水平，筆者認為，屏蔽材料可選厚約0.2mm的鐵皮鍍鎳或
鈹青銅鍍鎳或選鎳基不銹鋼（需充分注意到脫模後材料的回彈形變），若屏蔽件需要焊接，則表面處理改為鍍錫。

    4.3濾波
    濾波就是對某些頻率點範圍內的信號提供傳輸極點，而對另一些頻率點範圍內的信號提供傳輸零點的技術。在GSM手機中採用了各種不同的濾波技術：
１從濾波器的截止頻率來看，有低通（LPF）、高通（HPF）、帶通（BPF）濾波器；
２從作用的工作頻率來看，有低、中、高頻濾波器；
３從信號傳輸的方式來看，有傳輸型和旁路型濾波器；
４從使用的材料來看，有SAW（surface acoustic wave）、傳輸線、腔體、鐵氧體陶瓷濾波器；
５從使用的器件來看，有無源和有源濾波器。
    下面介紹在GSM手機中採用的一些特殊的濾波技術。
    （1）一路電源（電池）輸入，多路電源輸出的線性有源濾波技術

carnation015

楼主贴了这么多，怎么没人顶一下！！[em01]

zb2009

不错[em14]

interfans

谢谢[em01][em01][em01]

bobzhao9988

以下是引用interfans在2009-5-16 14:39:36的发言：
谢谢[em01][em01][em01]

x_jwen

GSM手机电磁兼容设计

　　摘要简要介绍了EMC（electricmagneticcompatibility）的概念和设计技术，针对

　　GSM手机的电路和结构特点，提出了几项在GSM手机中可以采用的EMC技术。

　　关键词EMC设计技术GSM手机

　　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。

　　3GSM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，48～74MHz家用无绳电话），因此该问题更加突出。

　　4GSM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（poweramplifier）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（surfaceacousticwave）、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

zhangyan02

谢谢LZ和LS[em01]

stephenhyq

走过路过不要错过