【導(dǎo)讀】本文針對手機(jī)電磁兼容測試中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，包括靜電放電抗擾度試驗、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗、輻射騷擾及傳導(dǎo)騷擾性能測試中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改善手機(jī)電磁兼容性能的建議。
1、靜電放電抗擾度試驗
1.1靜電放電抗擾度試驗常見問題
靜電放電抗擾度測試中出現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
(1)手機(jī)通話中斷。
(2)靜電放電導(dǎo)致手機(jī)部分功能失效，但靜電放電過程結(jié)束后或者重新啟動手機(jī)之后失效的功能可以恢復(fù)。這些現(xiàn)象可能為：屏幕顯示異常，如屏幕顯示呈白色、出現(xiàn)條紋、顯示出現(xiàn)亂碼、顯示模糊等等;通話效果出現(xiàn)問題，如嘯叫聲或者聲音消失;按鍵功能或者觸摸屏功能喪失;軟件出現(xiàn)誤告警，如在并沒有出現(xiàn)插拔充電器的情況下頻繁提示“充電已連接、充電器已移除”。
(3)手機(jī)自動關(guān)機(jī)或者重新啟動現(xiàn)象。這個問題既可能發(fā)生在通話過程中，也可能發(fā)生在待機(jī)過程中。
(4)靜電放電導(dǎo)致手機(jī)失效或損壞。
由于部分器件損壞，手機(jī)的一些功能在重新啟動后仍無法恢復(fù)，如攝像頭功能;自動關(guān)機(jī)后無法再次開機(jī)的情況;與充電器相連接的情況下進(jìn)行測試時，充電器也可能出現(xiàn)失效、損壞甚至爆炸等問題。
1.2靜電放電問題的具體分析
(1)通話中斷：造成通話中斷的主要原因是靜電放電對手機(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，信號同步出現(xiàn)問題，從而造成通話中斷。結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理也可能導(dǎo)致通話中斷。靜電放電試驗中需要使用較大面積的金屬材質(zhì)的水平耦合板，手機(jī)與水平耦合板之間僅放置一個厚度為0.5 mm的絕緣墊。當(dāng)天線或者大面積的金屬部件距離這個水平耦合板距離過近時，可能產(chǎn)生相互耦合，導(dǎo)致移動電話機(jī)實際能達(dá)到的靈敏度大大下降，進(jìn)行靜電試驗時通話更容易中斷，嚴(yán)重時即使不施加靜電干擾移動電話機(jī)都無法保持通話。
(2)自動關(guān)機(jī)或重啟：基帶電路的復(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。
(3)手機(jī)失效或損壞：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)致器件暫時失效。
(4)軟件故障：靜電干擾信號被當(dāng)作有用信號被處理，導(dǎo)致操作系統(tǒng)誤響應(yīng)。
1.3靜電放電問題的改進(jìn)建議
(1)在設(shè)計方案上考慮靜電放電問題
盡量選擇靜電敏感度等級高的器件;器件與靜電源隔離;減少回路面積(面積越大，所包含的場流量越大，其感應(yīng)電流越大)。具體的措施可能包括：走線越短越好;電源與地越接近越好;存在多組電源和地時，以格子方式連接;太長的信號線或電源線必須與地線交錯布置;信號線越靠近地線越好;所有的組件越近越好;同一特性器件越近越好;接地平面設(shè)計：盡量在PCB上使用完整的地平面;PCB接地面積越大越好;不要有大的缺口;PCB的接地線需要低阻抗且要有良好的隔離;電源、地布局在板中間比在四周好;在電源和地之間放置高頻旁路電容;保護(hù)靜電敏感的元器件。
(2)出現(xiàn)靜電問題后的整改建議針對上述靜電放電問題，需要采取以下步驟進(jìn)行整改。
a)嘗試直接放電和間接放電、空氣放電和接觸放電，確認(rèn)耦合路徑;
b)從不同方向放電，觀察現(xiàn)象有何不同，確定所有的放電點和放電路徑;
c)從低到高，在不同電壓下進(jìn)行試驗，確定手機(jī)在哪個電壓范圍內(nèi)出現(xiàn)不合格現(xiàn)象;
d)多試驗幾臺樣機(jī)，分析共性，確認(rèn)失效原因;
e)根據(jù)耦合路徑、不合格現(xiàn)象、放電路徑，判斷相關(guān)的敏感器件;
f)針對敏感器件制訂解決方案;
g)通過試驗驗證、修正解決方案。整改中具體可采用以下措施。對于機(jī)殼縫隙、按鍵、FPCB的問題可用介質(zhì)隔離的方式來處理;對于攝像頭、麥克風(fēng)、聽筒等問題可以通過介質(zhì)隔離、加強(qiáng)接地等方式來處理;具有屏蔽殼的芯片可以通過加強(qiáng)屏蔽效果、屏蔽殼加強(qiáng)接地的方式來處理;對于接口電路、關(guān)鍵芯片的引腳，要通過使用保護(hù)器件(如TVS管，ESD防護(hù)器件)來加以保護(hù);·對于軟件的故障，可以通過增加一些邏輯判斷來正確檢測和處理告警信息的方式來改善。
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2、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗
2.1電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗概述
電快速瞬變脈沖群產(chǎn)生的原理如下：當(dāng)電感性負(fù)載(如繼電器、接觸器等)在斷開時，由于開關(guān)觸點間隙的絕緣擊穿或觸點彈跳等原因，在斷開處產(chǎn)生的瞬態(tài)騷擾。當(dāng)電感性負(fù)載多次重復(fù)開關(guān)，則脈沖群又會以相應(yīng)的時間間隙多次重復(fù)出現(xiàn)。這種瞬態(tài)騷擾能量較小，一般不會引起設(shè)備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會對移動電話機(jī)的可靠工作產(chǎn)生影響。該試驗是一種將由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群耦合到移動電話機(jī)的電源端口的試驗。試驗脈沖的特點是：瞬變脈沖上升時間短、重復(fù)出現(xiàn)、能量低。該試驗的目的就是為了檢驗手機(jī)在遭受這類暫態(tài)騷擾影響時的性能。一般認(rèn)為電快速瞬變脈沖群之所以會造成手機(jī)的誤動作，是因為脈沖群對線路中半導(dǎo)體結(jié)電容充電，當(dāng)結(jié)電容上的能量累積到一定程度，便會引起手機(jī)的誤操作。具體表現(xiàn)為在測試過程中移動電話機(jī)通信中斷、死機(jī)、軟件告警、控制及存儲功能喪失等。
2.2電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗常見問題分析
電快速瞬變脈沖波形通過充電器直接傳導(dǎo)進(jìn)手機(jī)，導(dǎo)致主板電路上有過大的噪聲電壓。當(dāng)單獨對火線或零線注入時，盡管是采取的對地的共模方式注入，但在火線和零線之間存在差模干擾，這種差模電壓會出現(xiàn)在充電器的直流輸出端。當(dāng)同時對火線和零線注入時，存在著共模干擾，但對充電器的輸出影響并不大。造成手機(jī)在測試過程中出現(xiàn)問題的原因是復(fù)雜的，具體表現(xiàn)為以下幾方面。前期設(shè)計時未考慮電快速瞬變脈沖群抑制功能，沒有添加相關(guān)的濾波元器件，PCB設(shè)計綜合布線時也沒有注意線纜的隔離，主板接地設(shè)計也不符合規(guī)范，另外關(guān)鍵元器件的也沒有采取屏蔽保護(hù)措施等;生產(chǎn)廠在元器件供應(yīng)商的選擇上沒有選用性能可靠的關(guān)鍵器件，導(dǎo)致測試過程中器件老化或者器件失效，從而容易受到電快速瞬變脈沖的干擾;在整機(jī)生產(chǎn)組裝過程中，加工工藝及組裝水平出現(xiàn)的問題可能會導(dǎo)致產(chǎn)品一致性不好，個別送檢手機(jī)存在質(zhì)量問題;檢測過程中由于其他測試項出現(xiàn)問題導(dǎo)致整改，可能由于整改方案的選擇會影響到電快速瞬變脈沖群測試不合格。
2.3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗相關(guān)問題的改進(jìn)建議
針對電快速脈沖群干擾試驗出現(xiàn)的問題，主要可以采取濾波及吸收的辦法來實現(xiàn)對電快速瞬變脈沖的抑制。
(1)在手機(jī)設(shè)計初期就應(yīng)重點考慮抑制電快速瞬變脈沖群干擾設(shè)計。
在PCB層電源輸入位置要做好濾波，通常采用的是大小電容組合，根據(jù)實際情況可以酌情再添加一級磁珠來濾除高頻信號，盡量采用表面封裝;盡量減小PCB的地線公共阻抗值;PCB布局盡量使干擾源遠(yuǎn)離敏感電路;PCB的各類走線要盡量短;減小環(huán)路面積;在綜合布線時要注意強(qiáng)弱電的布線隔離、信號線與功率線的隔離。綜合布線是系統(tǒng)很重要的一個設(shè)計組成部分，一個糟糕的綜合布線格局很可能斷送一個設(shè)計精良的PCB的穩(wěn)定性;關(guān)鍵敏感芯片需要屏蔽;軟件上應(yīng)正確檢測和處理告警信息，及時恢復(fù)產(chǎn)品的狀態(tài)。
(2)元器件的選擇上應(yīng)使用質(zhì)量可靠的芯片，最好做過芯片級的電磁兼容仿真試驗，質(zhì)量可靠的充電器、數(shù)據(jù)線及電池的選用可提升對電快速瞬變脈沖信號的抑制能力;
(3)廠家在組裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，做好生產(chǎn)工藝流程控制，盡量保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，減少因個別手機(jī)質(zhì)量問題帶來的測試不合格現(xiàn)象;
(4)EFT測試過程中如出現(xiàn)問題，可采用在充電器增加磁環(huán)或者電快速瞬變脈沖群濾波器的方法進(jìn)行整改，選用磁珠的內(nèi)徑越小、外徑越大、長度越長越好。采用加TVS管的整改方法作用有限;
(5)根據(jù)最新GB/T 17626.4-2008標(biāo)準(zhǔn)要求，重復(fù)頻率將增加100 kHz選項，將會比5 kHz更為嚴(yán)酷，廠家應(yīng)及早重視進(jìn)行相關(guān)的電快速瞬變脈沖群測試防護(hù)工作。
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3、輻射騷擾及傳導(dǎo)騷擾
3.1輻射騷擾、傳導(dǎo)騷擾相關(guān)問題的具體情況
輻射騷擾測試主要在30 MHz-100 MHz和200 MHz-900 MHz頻率范圍內(nèi)容易不合格，傳導(dǎo)騷擾則體現(xiàn)在5 MHz-30 MHz頻段范圍內(nèi)容易不合格。
3.2輻射騷擾傳導(dǎo)騷擾相關(guān)問題分析
輻射騷擾與傳導(dǎo)騷擾測試，是在使用充電器為手機(jī)充電，同時手機(jī)保持通信狀態(tài)以及最大發(fā)射功率情況下，進(jìn)行的電磁兼容測試。測試的結(jié)果是手機(jī)與充電器聯(lián)合工作的情況下的測試結(jié)果。不合格的原因可能是充電器造成的，也可能是手機(jī)本身造成的，也可能是手機(jī)與充電器聯(lián)合工作時兼容性不好而不合格。
產(chǎn)生問題的原因可能有以下幾個方面。
充電器和手機(jī)在最初的設(shè)計階段沒有充分的考慮電磁兼容性能;
在設(shè)計時，沒有針對輻射騷擾和傳導(dǎo)騷擾的電磁兼容性進(jìn)行設(shè)計并采取相應(yīng)的對策;
充電器和手機(jī)選用的元器件的電磁兼容性不好或質(zhì)量達(dá)不到要求;
手機(jī)在選用充電器時，沒有充分考慮手機(jī)和充電器間的電磁兼容性及手機(jī)和充電器的匹配性，手機(jī)是非線性負(fù)載，在振鈴及通話時，如果電池電量不足而進(jìn)行充電時，耗費的能量很大，會有很大的沖擊電流，這樣如果選用的充電器不匹配或輸出電流過小，測試過程中會造成充電器滿負(fù)荷工作或超負(fù)荷工作而產(chǎn)生電磁兼容問題，更嚴(yán)重甚至?xí)a(chǎn)生安全問題。另外如果充電不正常，也會造成手機(jī)器件不正常工作而產(chǎn)生電磁兼容問題。充電器和手機(jī)間的相互干擾也會造成測試結(jié)果超標(biāo);
在進(jìn)行測試前，手機(jī)和充電器沒有配合進(jìn)行電磁兼容預(yù)測試，充電器有可能單獨使用負(fù)載做了電磁兼容測試，測試的結(jié)果不能反應(yīng)與手機(jī)共同測試的結(jié)果。
3.3輻射騷擾傳導(dǎo)騷擾相關(guān)問題的改進(jìn)建議
(1)在設(shè)計階段要充分考慮電磁兼容特性，合理考慮電路板的接地設(shè)計，應(yīng)保持接地環(huán)路盡量小，使用網(wǎng)格接地，信號線或電源線盡量與地線靠近。設(shè)計過程中，對充電器和手機(jī)的充電端口采取濾波措施，對輻射發(fā)射敏感元器件采取屏蔽措施，增加屏蔽罩。
(2)選擇質(zhì)量好，電磁兼容特性好的元器件。
(3)優(yōu)化器件的位置、布局和布線。器件布局一直按照功能和器件類型來對元器件進(jìn)行分組，例如，對既存在模擬電路、又存在數(shù)字器件的電路板，可將器件按工作電壓、頻率進(jìn)行分組布局;對給定的產(chǎn)品系列或電源電壓，可按功能對器件進(jìn)行分組。器件分組布局完畢后，必須根據(jù)元器件組電源電壓的差別，將電源層布置在各器件組的下方。如果有多層地，那么就必須把數(shù)字地層緊貼數(shù)字電源層，模擬地緊貼模擬電源層，模擬地和數(shù)字地要有一個共地點。通常，電路中存在A/D或D/A器件，這些轉(zhuǎn)換器件同時由模擬和數(shù)字電源供電，因此要將轉(zhuǎn)換器放置在模擬電源和數(shù)字電源之間。如果數(shù)字地和模擬地是分開的，它們將在轉(zhuǎn)換器匯合。當(dāng)電路板按照器件系列和電源電壓分組時，組內(nèi)信號的傳送不能跨越另外的器件組，如果信號跨過界限，就不能與其回流路徑緊密耦合，這樣會增大電路的環(huán)路面積，從而使電感增加，電容減小，進(jìn)而導(dǎo)致共模和差模干擾的增加。電路板設(shè)計過程中要避免出現(xiàn)各種隔離帶。雖然相距很近的一排通孔并不違反設(shè)計規(guī)則，但是，在電源層和地層上過多的通孔有時相當(dāng)于開出一條隔離帶，要避免在該區(qū)域內(nèi)布線，例如，一個3 ns的信號回路如果偏離其信號源路徑0.40英寸，則過沖/欠沖和感生串?dāng)_會大增，足以使電路工作出現(xiàn)異常，并同時增加差模和共模干擾。
(4)充分考慮充電器與手機(jī)的兼容性和匹配性。充電器的輸出電流應(yīng)大于手機(jī)的峰值電流。在選擇匹配的充電器前，應(yīng)使用相應(yīng)的充電器配合手機(jī)進(jìn)行輻射騷擾和傳導(dǎo)騷擾預(yù)測試，驗證兩者間的電磁兼容特性，選擇電磁兼容特性好的充電器。
(5)后期整改措施
對測試結(jié)果進(jìn)行分析，聽取電磁兼容測試工程師的建議。對于輻射騷擾測試，通過試驗確認(rèn)是充電器對測試結(jié)果的影響大還是手機(jī)的影響大。一般如果是低頻超出限值，則是充電器的影響大些，如果是高頻則可能手機(jī)的影響大;傳導(dǎo)騷擾測試也要確認(rèn)哪個影響是主要因素。如果充電器的影響為主要因素，首先確認(rèn)充電器的各個器件是否正常工作;如果是某個器件有問題，先更換相應(yīng)的器件后再進(jìn)行測試。增加濾波電容或改進(jìn)相應(yīng)的濾波電路，對輻射騷擾和傳導(dǎo)騷擾都會有改進(jìn)。如果確認(rèn)是手機(jī)的問題，確定超出頻率的來源，對相應(yīng)的器件進(jìn)行屏蔽處理：加強(qiáng)屏蔽特性;改進(jìn)屏蔽的接地;增加相應(yīng)的濾波電容或?qū)V波電路進(jìn)行調(diào)整;改進(jìn)相應(yīng)的匹配電路減少諧波或混頻干擾;加強(qiáng)手機(jī)的充電電路的濾波和接地，等等。使用好的充電線纜，建議使用兩端都能接地的屏蔽線纜。在手機(jī)側(cè)或充電器側(cè)加鐵氧體磁環(huán)，對于輻射騷擾可能會有一定的改進(jìn)，對于傳導(dǎo)騷擾有時影響不大，要根據(jù)測試的頻率，選擇磁環(huán)的相應(yīng)頻率。
綜上所述，對于輻射騷擾和傳導(dǎo)騷擾，應(yīng)把握以下原則：
a)注重設(shè)計階段的電磁兼容設(shè)計;
b)注重充電器和手機(jī)的匹配;
c)選擇優(yōu)良的元器件。
4、結(jié)論
手機(jī)的電磁兼容性能直接關(guān)系到手機(jī)的各個性能，保證手機(jī)的電磁兼容性能是保證手機(jī)質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)，因此手機(jī)的電磁兼容測試及設(shè)計不容忽視。
