電磁兼容演講

1、班級(jí)：班級(jí)：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(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)與分析電磁兼容設(shè)計(jì)的目的電磁兼容設(shè)計(jì)的目的電磁兼容設(shè)計(jì)的目的：電磁兼容性設(shè)計(jì)，目的在于使所設(shè)計(jì)的設(shè)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(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，以保證設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)是所設(shè)計(jì)的設(shè)備或系統(tǒng)在其工作的環(huán)境中不產(chǎn)生超標(biāo)的電磁干擾，以免影響處于同一環(huán)境中的其他設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行。手機(jī)電磁兼容存在的主要問題手機(jī)電磁兼容存在的主要問題手機(jī)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(dǎo)電縫隙，導(dǎo)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(dǎo)電縫隙，同樣導(dǎo)致抗靜電放電能力較差。手機(jī)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(dǎo)電飾物等因素的影響，使得手機(jī)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(biāo)。由于功放非線性因素導(dǎo)致的諧波等雜散反射超標(biāo)，縫隙泄露等因素的影響，手機(jī)整機(jī)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(hào)串?dāng)_。手機(jī)輻射量級(jí) CDMA手機(jī)輻射量

3、級(jí)在15-50uW/cm2之間 GSM大都在800uW/cm2以上，輻射最高的可達(dá)1000uW/cm2。 內(nèi)藏天線小于外置天線，但內(nèi)置天線手機(jī)的背部電磁輻射比前板多出好幾倍。測試時(shí)手機(jī)的連接方式測試時(shí)手機(jī)的連接方式手機(jī)通過空間鏈路與手機(jī)基站模擬器建立通信連接，手機(jī)通過空間鏈路與手機(jī)基站模擬器建立通信連接，手機(jī)充電器與手機(jī)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(jī)充電器與手機(jī)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(shè)備相連，如圖。設(shè)備相連，如圖。 電磁兼容測試過程中，手機(jī)有兩種典型的工作狀態(tài)：電磁兼容測試過程中，手機(jī)有兩種典型的工作狀態(tài)：通話狀態(tài)：通話狀態(tài)：手機(jī)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(jī)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。基站模擬器控制手機(jī)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(jī)工作在最大的發(fā)射功率。的發(fā)射功率。 手機(jī)與充電器相連并保持充電狀態(tài)手機(jī)與充電器相連并保持充電狀態(tài)空閑模式：空閑模式：手機(jī)與基站模擬器通過空間鏈路連接，手機(jī)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(jī)與基站模擬器保持同步，手機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。機(jī)與基站模擬器保持同步，手機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。測試過程中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求選擇手機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行電磁兼容測試測試過程中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求選擇

5、手機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行電磁兼容測試。 靜電放電抗擾度試驗(yàn)產(chǎn)生的問題：1) 手機(jī)機(jī)通話中斷。2) 靜電放電導(dǎo)致手機(jī)機(jī)部分功能失效，但靜電放電過程結(jié)束后或者重新啟動(dòng)手機(jī)機(jī)之后失效的功能可以恢復(fù)。3) 手機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)或者重新啟動(dòng)現(xiàn)象。4) 靜電放電導(dǎo)致手機(jī)損壞 對(duì)于手機(jī)電磁兼容測試，主要出現(xiàn)問題的項(xiàng)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(dǎo)騷擾及輻射騷電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、傳導(dǎo)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(duì)手機(jī)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(hào)同步出現(xiàn)問題，從而造成通話中斷； 自動(dòng)關(guān)機(jī)或重啟：基帶電路

6、的復(fù)位電路受到靜電的干擾導(dǎo)致手機(jī)誤關(guān)機(jī)或重啟；部分器件失效：靜電放電過程中高電壓和高電流導(dǎo)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(qiáng)電磁場影響導(dǎo)致器件暫時(shí)失效； 軟件故障：靜電干擾信號(hào)被當(dāng)作有用信號(hào)被處理，導(dǎo)致操作系統(tǒng)誤響應(yīng)。 手機(jī)天線的電磁兼容性 解決手機(jī)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(jī)的天線，在PCB板的單極天線的凈空區(qū)域內(nèi)印刷有導(dǎo)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?qū)⒔饘倏蚝蚉CB主板利用導(dǎo)電布或者導(dǎo)電泡棉進(jìn)行連接導(dǎo)通的實(shí)驗(yàn)。主要原理為利用該金屬框分散手機(jī)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(shí)產(chǎn)生的峰值降低，從而解決了遠(yuǎn)場輻射的OTA的要求，又滿足近場輻射的SAR要求。手機(jī)PCB的電磁兼容性設(shè)計(jì) 1、選擇合理的導(dǎo)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(dǎo)線的電感成分造成的，因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線的電感量。印制導(dǎo)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(dǎo)線對(duì)抑制干擾是有利的。時(shí)鐘引線、行驅(qū)動(dòng)器或總線驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)線常常載有大的瞬變電流，印制導(dǎo)線要盡可能地短。對(duì)于分立元件電路，印制導(dǎo)線寬度在1.5mm左右時(shí)，即可完全滿足要求；對(duì)于集成電路，印制導(dǎo)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(dǎo)線電感，但導(dǎo)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(jié)構(gòu)，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(dǎo)線之間的串?dāng)_，在設(shè)計(jì)布線時(shí)應(yīng)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(hào)線與地線及電源線盡可能不交叉。在一些對(duì)干擾十分敏感的信號(hào)線之間設(shè)置一根接地的印制線，可以有效地抑制串?dāng)_。 4、為了避免高頻信號(hào)通過印制導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電路板布線時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）盡量減少印制導(dǎo)線的不連續(xù)性，例如導(dǎo)線寬度不要突變，導(dǎo)線的拐角應(yīng)大于90度禁止環(huán)狀走線等。 （2）時(shí)鐘信號(hào)引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線時(shí)應(yīng)與地線回路相靠

9、近，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨著連接器。 （3）總線驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨其欲驅(qū)動(dòng)的總線。對(duì)于那些離開印制電路板的引線，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊緊挨著連接器。 （4）數(shù)據(jù)總線的布線應(yīng)每兩根信號(hào)線之間夾一根信號(hào)地線。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因?yàn)楹笳叱］d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(yīng)盡可能縮短印制線的長度和采用慢速電路。必要時(shí)可加終端匹配，即在傳輸線的末端對(duì)地和電源端各加接一個(gè)相同阻值的匹配電阻。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一般速度較快的TTL電路，其印制線條長于10cm以上時(shí)就應(yīng)采用終端匹配措施。匹配電阻的阻值應(yīng)根據(jù)集成電路的輸出驅(qū)動(dòng)電流及吸收電流的最大值來決定。6、電

10、路板設(shè)計(jì)過程中采用差分信號(hào)線布線策略 布線非?？拷牟罘中盘?hào)對(duì)相互之間也會(huì)互相緊密耦合，這種互相之間的耦合會(huì)減小EMI發(fā)射，通常(當(dāng)然也有一些例外)差分信號(hào)也是高速信號(hào)，所以高速設(shè)計(jì)規(guī)則通常也都適用于差分信號(hào)的布線，特別是設(shè)計(jì)傳輸線的信號(hào)線時(shí)更是如此。這就意味著我們必須非常謹(jǐn)慎地設(shè)計(jì)信號(hào)線的布線，以確保信號(hào)線的特征阻抗沿信號(hào)線各處連續(xù)并且保持一個(gè)常數(shù)。 在差分線對(duì)的布局布線過程中，我們希望差分線對(duì)中的兩個(gè)PCB線完全一致。這就意味著，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該盡最大的努力來確保差分線對(duì)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?duì)布線，而且它們之間的距離沿線對(duì)的方向在任

11、意位置都保持為一個(gè)常數(shù)不變。通常情況下，差分線對(duì)的布局布線總是盡可能地靠近。 在GSM手機(jī)EMC設(shè)計(jì)工作中，與其它的通信設(shè)備一樣，采用了接地、屏蔽、濾波這三項(xiàng)技術(shù)。 GSM手機(jī)EMC設(shè)計(jì)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(jī)）：5dBm（3.22mW）-33dBm（2W）。 接收機(jī)同道、鄰道、阻塞、互調(diào)指標(biāo)，發(fā)射機(jī)調(diào)制頻譜、開關(guān)頻譜、雜散輻射等指標(biāo)均需滿足ETSGSM11.10和05.05（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)）技術(shù)規(guī)范中的各項(xiàng)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(duì)電源或信號(hào)源提供一條在工作頻率范圍內(nèi)的低阻抗通路的技術(shù)。從這一點(diǎn)來看，采用大面積接地、短而粗的導(dǎo)線就近接地是一項(xiàng)基本原則，接地與屏蔽和濾波密切相關(guān)，良好、可靠的接地是高質(zhì)量屏蔽和濾波的前提條件。接地方式有一點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、大面積接地、匯流條接地等，在手機(jī)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(shí)例一：某系統(tǒng)設(shè)備在做422通訊串口的射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)測試，采用雙絞屏蔽線，開始采用的是單端接地，測試時(shí)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(shí)例二：某系統(tǒng)設(shè)備在做視頻鼠標(biāo)線的射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)的試

13、驗(yàn)時(shí)，在較低頻段（3M以下）時(shí)顯示器有波紋，上下閃動(dòng)，后來將視頻線的顯示器側(cè)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(yīng)傳導(dǎo)試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的，射頻場的感應(yīng)傳導(dǎo)抗擾度試驗(yàn)實(shí)質(zhì)是：設(shè)備引線變成被動(dòng)天線，接受射頻場的感應(yīng)，變成傳導(dǎo)干擾入侵設(shè)備內(nèi)部，最終以射頻電壓電流形成的近場電磁場影響設(shè)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?yàn)殡p絞線的兩根線之間具有很小的回路面積，而且因?yàn)殡p絞線的每兩個(gè)相鄰的回路上感應(yīng)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(shí)，外界磁場在原來信號(hào)與地線構(gòu)成的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的同

14、時(shí)，也在屏蔽層與地線構(gòu)成的回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流Is，Is也會(huì)感應(yīng)出磁場，但是這個(gè)磁場與原來的磁場磁場方向相反，相互抵消，導(dǎo)致總磁場減小，減小了干擾。屏蔽屏蔽 因?yàn)槭謾C(jī)是屬于高性能價(jià)格比的通信類家用電器，而且有體積和重量的限制，故在進(jìn)行手機(jī)EMC屏蔽技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，必須仔細(xì)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(jī)中，可選擇的材料和特點(diǎn)如下所述： (1)有金屬涂層或鍍層的工程塑料：其特點(diǎn)是可以降低手機(jī)的生產(chǎn)成本，容易與外殼在結(jié)構(gòu)和形位公差方面進(jìn)行匹配，減輕手機(jī)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(jié)構(gòu)件。 導(dǎo)電橡膠：這種材料是在硅橡膠中加入高電導(dǎo)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(dǎo)率指標(biāo)要高，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、彈性和穩(wěn)定性，這種材料的特點(diǎn)是： 彈性和電導(dǎo)率會(huì)隨著時(shí)間而變差（老化）； 抗震性能差，受到震動(dòng)后，其電導(dǎo)率指標(biāo)會(huì)變差； 可維性差、易變形脫落。要形成高質(zhì)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(jī)中較少采用。 金屬?zèng)_壓拉伸屏蔽結(jié)構(gòu)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(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到下列因素：（a）選擇具有高電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率的材料。金屬導(dǎo)體對(duì)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(shí)，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(jī)械強(qiáng)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(yīng)造成的電化腐蝕要小。（e）對(duì)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(zhì)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(shè)計(jì)時(shí)考慮。（f）在手機(jī)天線附近的屏蔽件的尺寸、形狀、形位公差、光潔度、材料，將對(duì)天線的分布參數(shù)產(chǎn)生很大的影響，從而進(jìn)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(biāo)。濾波在GSM手機(jī)中采用了各種不同的濾波技術(shù)：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(hào)傳輸?shù)姆绞絹砜矗袀鬏斝秃团月沸蜑V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(jī)中采用的一些特殊的濾波技術(shù)：（1）一路電源（電池）輸入，多路電源輸出的線性有源濾波技術(shù)：這種濾波技術(shù)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(shù)，不但需要體積很大的濾波電容，而且也是難以

18、達(dá)到技術(shù)要求的。另外，GSM手機(jī)非常講究功耗指標(biāo)（待機(jī)連續(xù)通話時(shí)間的長短），從這一點(diǎn)考慮，采用電源濾波管理技術(shù)，有利于對(duì)各個(gè)單元電路分別進(jìn)行控制和管理，讓相關(guān)的單元電路只在相應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)啟動(dòng)工作，在其余的時(shí)隙內(nèi)均處于等待休眠狀態(tài)，從而可以達(dá)到進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)、高速信號(hào)、超高速信號(hào)、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(shí)呈感性，在高頻段時(shí)呈容性，在中間某一缺點(diǎn)處有一并聯(lián)諧振點(diǎn)。把鐵氧體濾波器串接在回路中，可構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，它具有體積小、成本低、工作電流大的特點(diǎn)（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(jià)格比。（3）PCB上的傳輸線波波器 在接收機(jī)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(jià)比。由于傳輸線的等效電感參數(shù)在設(shè)計(jì)中難