電磁兼容演講

1、班級：班級：1313嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)小組成員：陳秋娥小組成員：陳秋娥 鄒艷萍鄒艷萍 梁何體梁何體 葉葉 媚媚 鄧麗潔鄧麗潔 蔡超健蔡超健 陳錦泉陳錦泉 陳煥新陳煥新設計與分析設計與分析電磁兼容設計的目的電磁兼容設計的目的電磁兼容設計的目的：電磁兼容性設計，目的在于使所設計的設備或系統(tǒng)在指定的電磁環(huán)境中，滿足抗電磁干擾的各項技術指標要求，以保證設備或系統(tǒng)的正常工作，同時是所設計的設備或系統(tǒng)在其工作的環(huán)境中不產(chǎn)生超標的電磁干擾，以免影響處于同一環(huán)境中的其他設備或系統(tǒng)的正常運行。手機電磁兼容存在的主要問題手機電磁兼容存在的主要問題手機內(nèi)部空間小、電路密集、頻率高，接收電路/發(fā)射電路，數(shù)字電路/模

2、擬電路等干擾與被干擾電路很難在空間上得到隔離，有加之金屬內(nèi)部件很少，因而地容量較小，再加上在屏蔽殼體上存在不連續(xù)的導電縫隙，導致抗靜電放電干擾的能力較差，由于屏蔽涂層與印刷路板的地層等存在局部不連續(xù)的導電縫隙，同樣導致抗靜電放電能力較差。手機集中反映在電磁兼容方面的問題：1）抗靜電放電干擾能力較差。由于受地容量較小，縫隙泄露，殼體表面采用鉆石等導電飾物等因素的影響，使得手機產(chǎn)品必然存在抗靜電干擾能力較差的問題。2）電磁騷擾容易超標。由于功放非線性因素導致的諧波等雜散反射超標，縫隙泄露等因素的影響，手機整機的電磁騷擾不易控制在某極限以下。3）內(nèi)部電路間的信號串擾。手機輻射量級 CDMA手機輻射量

3、級在15-50uW/cm2之間 GSM大都在800uW/cm2以上，輻射最高的可達1000uW/cm2。 內(nèi)藏天線小于外置天線，但內(nèi)置天線手機的背部電磁輻射比前板多出好幾倍。測試時手機的連接方式測試時手機的連接方式手機通過空間鏈路與手機基站模擬器建立通信連接，手機通過空間鏈路與手機基站模擬器建立通信連接，手機充電器與手機相連且保持充電狀態(tài)，充電器的交流輸入端與交流電源或測試手機充電器與手機相連且保持充電狀態(tài)，充電器的交流輸入端與交流電源或測試設備相連，如圖。設備相連，如圖。 電磁兼容測試過程中，手機有兩種典型的工作狀態(tài)：電磁兼容測試過程中，手機有兩種典型的工作狀態(tài)：通話狀態(tài)：通話狀態(tài)：手機與基

4、站模擬器通過空間鏈路建立并保持通信連接。根手機與基站模擬器通過空間鏈路建立并保持通信連接。根據(jù)不同制式，選擇中間的信道頻率?；灸M器控制手機工作在最大據(jù)不同制式，選擇中間的信道頻率?；灸M器控制手機工作在最大的發(fā)射功率。的發(fā)射功率。 手機與充電器相連并保持充電狀態(tài)手機與充電器相連并保持充電狀態(tài)空閑模式：空閑模式：手機與基站模擬器通過空間鏈路連接，手機與基站模擬器通過空間鏈路連接，BCCHBCCH信道激活，受信道激活，受機與基站模擬器保持同步，手機處于待機狀態(tài)。機與基站模擬器保持同步，手機處于待機狀態(tài)。測試過程中，根據(jù)標準的要求選擇手機的工作狀態(tài)進行電磁兼容測試測試過程中，根據(jù)標準的要求選擇

5、手機的工作狀態(tài)進行電磁兼容測試。 靜電放電抗擾度試驗產(chǎn)生的問題：1) 手機機通話中斷。2) 靜電放電導致手機機部分功能失效，但靜電放電過程結束后或者重新啟動手機機之后失效的功能可以恢復。3) 手機自動關機或者重新啟動現(xiàn)象。4) 靜電放電導致手機損壞 對于手機電磁兼容測試，主要出現(xiàn)問題的項目是：靜電放靜電放電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、傳導騷擾及輻射騷電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、傳導騷擾及輻射騷擾。擾。 問題的具體分析通話中斷：造成通話中斷的主要原因是靜電放電對手機內(nèi)部的射頻電路和或基帶電路造成影響，造成了通信信噪比的下降，信號同步出現(xiàn)問題，從而造成通話中斷； 自動關機或重啟：基帶電路

6、的復位電路受到靜電的干擾導致手機誤關機或重啟；部分器件失效：靜電放電過程中高電壓和高電流導致器件的熱失效或者絕緣擊穿。也可能受到靜電放電過程中的強電磁場影響導致器件暫時失效； 軟件故障：靜電干擾信號被當作有用信號被處理，導致操作系統(tǒng)誤響應。 手機天線的電磁兼容性 解決手機天線的電磁兼容性方法，其特征在于：選取單極天線作為小型終端手機的天線，在PCB板的單極天線的凈空區(qū)域內(nèi)印刷有導線，將前殼內(nèi)加載金屬框，在金屬框四角處做開口在金屬框四角處做開口，或將金屬框和PCB主板利用導電布或者導電泡棉進行連接導通的實驗。主要原理為利用該金屬框分散手機PCB主板電流，使得電流分布均勻，避免電流堆積，在SAR測

7、試時產(chǎn)生的峰值降低，從而解決了遠場輻射的OTA的要求，又滿足近場輻射的SAR要求。手機PCB的電磁兼容性設計 1、選擇合理的導線寬度 由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生的沖擊干擾主要是由印制導線的電感成分造成的，因此應盡量減小印制導線的電感量。印制導線的電感量與其長度成正比，與其寬度成反比，因而短而精的導線對抑制干擾是有利的。時鐘引線、行驅動器或總線驅動器的信號線常常載有大的瞬變電流，印制導線要盡可能地短。對于分立元件電路，印制導線寬度在1.5mm左右時，即可完全滿足要求；對于集成電路，印制導線寬度可在0.21.0mm之間選擇。 2、采用正確的布線策略采用平等走線可以減少導線電感，但導線之間的互感

8、和分布電容增加，如果布局允許，最好采用井字形網(wǎng)狀布線結構，具體做法是印制板的一面橫向布線，另一面縱向布線，然后在交叉孔處用金屬化孔相連。 3、為了抑制印制板導線之間的串擾，在設計布線時應盡量避免長距離的平等走線，盡可能拉開線與線之間的距離，信號線與地線及電源線盡可能不交叉。在一些對干擾十分敏感的信號線之間設置一根接地的印制線，可以有效地抑制串擾。 4、為了避免高頻信號通過印制導線時產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線時，還應注意以下幾點： （1）盡量減少印制導線的不連續(xù)性，例如導線寬度不要突變，導線的拐角應大于90度禁止環(huán)狀走線等。 （2）時鐘信號引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線時應與地線回路相靠

9、近，驅動器應緊挨著連接器。 （3）總線驅動器應緊挨其欲驅動的總線。對于那些離開印制電路板的引線，驅動器應緊緊挨著連接器。 （4）數(shù)據(jù)總線的布線應每兩根信號線之間夾一根信號地線。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因為后者常載有高頻電流。 5、抑制反射干擾 為了抑制出現(xiàn)在印制線條終端的反射干擾，除了特殊需要之外，應盡可能縮短印制線的長度和采用慢速電路。必要時可加終端匹配，即在傳輸線的末端對地和電源端各加接一個相同阻值的匹配電阻。根據(jù)經(jīng)驗，對一般速度較快的TTL電路，其印制線條長于10cm以上時就應采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應根據(jù)集成電路的輸出驅動電流及吸收電流的最大值來決定。6、電

10、路板設計過程中采用差分信號線布線策略 布線非?？拷牟罘中盘枌ο嗷ブg也會互相緊密耦合，這種互相之間的耦合會減小EMI發(fā)射，通常(當然也有一些例外)差分信號也是高速信號，所以高速設計規(guī)則通常也都適用于差分信號的布線，特別是設計傳輸線的信號線時更是如此。這就意味著我們必須非常謹慎地設計信號線的布線，以確保信號線的特征阻抗沿信號線各處連續(xù)并且保持一個常數(shù)。 在差分線對的布局布線過程中，我們希望差分線對中的兩個PCB線完全一致。這就意味著，在實際應用中應該盡最大的努力來確保差分線對中的PCB線具有完全一樣的阻抗并且布線的長度也完全一致。差分PCB線通?？偸浅蓪Σ季€，而且它們之間的距離沿線對的方向在任

11、意位置都保持為一個常數(shù)不變。通常情況下，差分線對的布局布線總是盡可能地靠近。 在GSM手機EMC設計工作中，與其它的通信設備一樣，采用了接地、屏蔽、濾波這三項技術。 GSM手機EMC設計要求: 接收靈敏度：優(yōu)于-102dBmRBER（residualBER） 20（條件：class、靜態(tài)、900MHz頻段）； 發(fā)射頻率誤差：1107，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(fā)射機調制頻譜、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(guī)范中的各項要求。接地

12、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范圍內(nèi)的低阻抗通路的技術。從這一點來看，采用大面積接地、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(shù)采用PCB大面積地線層接地和PCB周邊匯流條按地。接地問題接地問題 實例一：某系統(tǒng)設備在做422通訊串口的射頻場感應傳導測試，采用雙絞屏蔽線，開始采用的是單端接地，測試時出現(xiàn)的誤碼率高，幾乎沒有正確的數(shù)據(jù)，后來采用雙端可靠接地，通訊正常。 實例二：某系統(tǒng)設備在做視頻鼠標線的射頻場感應傳導的試

13、驗時，在較低頻段（3M以下）時顯示器有波紋，上下閃動，后來將視頻線的顯示器側可靠接地，干擾明顯降低，幾乎不影響顯示。 分析：這兩種現(xiàn)象都是在做射頻場的感應傳導試驗時出現(xiàn)的，射頻場的感應傳導抗擾度試驗實質是：設備引線變成被動天線，接受射頻場的感應，變成傳導干擾入侵設備內(nèi)部，最終以射頻電壓電流形成的近場電磁場影響設備工作 ，以低頻磁場為主。 雙絞線能夠有效地抑制磁場干擾，這不僅是因為雙絞線的兩根線之間具有很小的回路面積，而且因為雙絞線的每兩個相鄰的回路上感應出的電流具有相反的方向，因此相互抵銷。雙絞線的絞節(jié)越密，則效果越明顯。 屏蔽層兩端接地時，外界磁場在原來信號與地線構成的回路中產(chǎn)生感應電流的同

14、時，也在屏蔽層與地線構成的回路中產(chǎn)生感應電流Is，Is也會感應出磁場，但是這個磁場與原來的磁場磁場方向相反，相互抵消，導致總磁場減小，減小了干擾。屏蔽屏蔽 因為手機是屬于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： (1)有金屬涂層或鍍層的工程塑料：其特點是可以降低手機的生產(chǎn)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，但由于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。 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

15、（如銀、鎳、Ballotini），其形狀和斷面可根據(jù)需要有多種選擇（例：O、U形狀）。選擇的基本依據(jù)是電導率指標要高，有足夠的機械強度、彈性和穩(wěn)定性，這種材料的特點是： 彈性和電導率會隨著時間而變差（老化）； 抗震性能差，受到震動后，其電導率指標會變差； 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。 由于上述原因，這種材料在新型手機中較少采用。 金屬沖壓拉伸屏蔽結構件：從理論上來講，采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，在工作頻率大于100MHz時，損耗以

16、吸收損耗為主。（b）屏蔽材料在經(jīng)過沖壓拉伸成型和表面處理之后，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(chǎn)和維修的要求。（c）工制造成本低。（d）由伽爾伐尼電池效應造成的電化腐蝕要小。（e）對于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(shù)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(shù)量和孔徑要多和大為好，這就需要在設計時考慮。（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，將對天線的分布參數(shù)產(chǎn)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

17、標。濾波在GSM手機中采用了各種不同的濾波技術：從濾波器的截止頻率來看，有低通（LPF）、高通（HPF）、帶通（BPF）濾波器；從作用的工作頻率來看，有低、中、高頻濾波器；從信號傳輸?shù)姆绞絹砜?，有傳輸型和旁路型濾波器；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；從使用的器件來看，有無源和有源濾波器。下面介紹在GSM手機中采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：這種濾波技術可保證各路輸出電源之間的干擾很小，從而保證了EMC性能。若采用無源濾波技術，不但需要體積很大的濾波電容，而且也是難以

18、達到技術要求的。另外，GSM手機非常講究功耗指標（待機連續(xù)通話時間的長短），從這一點考慮，采用電源濾波管理技術，有利于對各個單元電路分別進行控制和管理，讓相關的單元電路只在相應的時隙內(nèi)啟動工作，在其余的時隙內(nèi)均處于等待休眠狀態(tài)，從而可以達到進一步降低功耗、省電的目的。（2）鐵氧體濾波器 這種器件根據(jù)使用情況可分為幾類：標準信號、高速信號、超高速信號、電源。利用鐵氧體的阻抗一頻率特性（由材料配方和工藝決定），在低頻段時呈感性，在高頻段時呈容性，在中間某一缺點處有一并聯(lián)諧振點。把鐵氧體濾波器串接在回路中，可構成一個低通濾波器，它具有體積小、成本低、工作電流大的特點（和LC濾波器相比較），特別適用于PA供電部分的大電流脈沖濾波，具有較高的性能價格比。（3）PCB上的傳輸線波波器 在接收機輸入端、PA的輸出端回路中采用傳輸線。型濾波器比采用傳統(tǒng)的集中參數(shù)LC濾波器能獲得更高的性價比。由于傳輸線的等效電感參數(shù)在設計中難