中心議題：

• 介紹EMC的概念和設(shè)計(jì)技術(shù)
• 提出幾項(xiàng)在GSM手機(jī)中可以采用的EMC技術(shù)

解決方案：

• 可采用接地、屏蔽、濾波三項(xiàng)技術(shù)改善和提高EMC性能
• 屏蔽材料選鐵皮鍍鎳或鈹青銅鍍鎳或選鎳基不銹鋼
• 在GSM手機(jī)中采用各種不同的濾波技術(shù)

電磁兼容（EMC）的定義
EMC性能表示為在一定的時(shí)間、頻率、電磁空間的范圍內(nèi)，某設(shè)備或單元與其它設(shè)備或單元，在所述范圍內(nèi)“和平共處”能力的大小，換句話(huà)說(shuō)：該設(shè)備或單元對(duì)其它設(shè)備或單元產(chǎn)生的不良影響，干擾要小，而且在這種電磁環(huán)境下，該設(shè)備或單元能夠穩(wěn)定、可靠地工作，具備一定的抗干擾能力。

電磁干擾方式
頻域內(nèi)的干擾有四種類(lèi)型：同頻干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾和雜散。

鄰道干擾和雜散可通過(guò)濾波技術(shù)來(lái)解決，同頻干擾可通過(guò)合理的頻率管理和分配來(lái)解決，互調(diào)干擾可通過(guò)提高線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍和合理地選擇器件和工作點(diǎn)來(lái)解決。

大小不同電平之間的干擾有強(qiáng)信號(hào)阻塞和遠(yuǎn)近效應(yīng)兩種類(lèi)型。這兩種干擾可通過(guò)合理的選擇功率等級(jí)和自動(dòng)功率控制（APC）來(lái)解決。

傳導(dǎo)型干擾：它通過(guò)傳輸線(xiàn)作為媒介產(chǎn)生的干擾，例如，通過(guò)電源線(xiàn)和地線(xiàn)產(chǎn)生的干擾，這種干擾可通過(guò)濾波和合理地進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)來(lái)解決。

高頻輻射干擾：這種干擾可通過(guò)屏蔽來(lái)解決，以減小干擾電場(chǎng)、磁場(chǎng)在“敏感”空間內(nèi)傳播的能量。

GSM手機(jī)電磁兼容設(shè)計(jì)
在改善和提高EMC性能方面，有三項(xiàng)技術(shù)可采用：接地、屏蔽、濾波。對(duì)于每一項(xiàng)技術(shù)針對(duì)不同類(lèi)別的具體產(chǎn)品，又有比較豐富的內(nèi)容，這使得EMC設(shè)計(jì)具有一定的難度而且需要經(jīng)驗(yàn)。

a.GSM手機(jī)EMC設(shè)計(jì)要求
接收靈敏度：優(yōu)于-102dBm／RBER（residualBER）＜ 20％（條件：classⅡ、靜態(tài)、900MHz頻段）；
發(fā)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(lèi)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(kāi)關(guān)頻譜、雜散輻射等指標(biāo)均需滿(mǎn)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。

b.手機(jī)EMC設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
EMC設(shè)計(jì)這項(xiàng)工作在通信系統(tǒng)、通信設(shè)備、家用電器等設(shè)備中扮演著十分重要的角色。對(duì)于GSM手機(jī)這種家用通信電子類(lèi)產(chǎn)品來(lái)講，手機(jī)EMC性能的好壞對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定地工作、手機(jī)RF指標(biāo)、人體感應(yīng)程度、手機(jī)軟硬件的可靠性和穩(wěn)定性都有著直接的影響。

GSM手機(jī)EMC設(shè)計(jì)有下列特點(diǎn)：
①整機(jī)外形尺寸小，單位體積的功率密度大?，F(xiàn)在GSM手機(jī)的外形尺寸一般為：長(zhǎng)100mm、寬40mm、厚25mm左右，對(duì)于四類(lèi)機(jī)來(lái)講，其最大輸出射頻功率為2W（33dBm）和其它的通信設(shè)備相比較（例：100W尋呼發(fā)射機(jī)，25W調(diào)頻車(chē)載臺(tái)，20mW無(wú)繩電話(huà)），手機(jī)的單位體積功率密度是最大的，這對(duì)EMC設(shè)計(jì)提出了較高的要求。

②重量輕、對(duì)屏蔽材料的選擇要求高。因?yàn)镚SM手機(jī)有重量要求（一般小于100克），放在手機(jī)中采用過(guò)多的、過(guò)厚的屏蔽材料是不切合實(shí)際的，這又增加了EMC設(shè)計(jì)難度。
   
③TDMA脈沖突發(fā)（burst）工作方式。GSM手機(jī)采用TDMA通信工作方式（每幀8個(gè)時(shí)隙，每幀長(zhǎng)4.615ms，每時(shí)隙長(zhǎng)577μs），這對(duì)輸出開(kāi)關(guān)頻譜和電源濾波提出了較高的要求。
   
④人體感應(yīng)問(wèn)題突出。手持式通信終端都存在著人體感應(yīng)問(wèn)題，由于GSM手機(jī)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（例：150MHz、450MHz調(diào)頻對(duì)講機(jī)，48～74 MHz家用無(wú)繩電話(huà)），因此該問(wèn)題更加突出。

GSM手機(jī)EMC設(shè)計(jì)技術(shù)
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)。對(duì)于手機(jī)來(lái)講，這些技術(shù)有它的特點(diǎn)。

a.接地
從電路分析的角度來(lái)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(lái)看，采用大面積接地、短而粗的導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)層接地和PCB周邊匯流條按地。

b屏蔽
因?yàn)槭謾C(jī)是屬于高性能價(jià)格比的通信類(lèi)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：
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(lái)講不如全金屬的屏蔽結(jié)構(gòu)件。由于國(guó)內(nèi)塑膠模具的設(shè)計(jì)加工和金屬層的鍍涂一般是由不同的廠(chǎng)家來(lái)完成的，EMC的設(shè)計(jì)者難以對(duì)其提出具體的電磁屏蔽效果要求，產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性難以保證，易出現(xiàn)鍍涂層脫落、機(jī)械變形和表面氧化等問(wèn)題，從而嚴(yán)重影響屏蔽效果。筆者認(rèn)為，除非采用這種方法的塑料件在物理、化學(xué)、電氣特性指標(biāo)方面有穩(wěn)定的工藝保證，一般國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的手機(jī)不宜采用這種方法。

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（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：①?gòu)椥院碗妼?dǎo)率會(huì)隨著時(shí)間而變差（老化）；②抗震性能差，受到震動(dòng)后，其電導(dǎo)率指標(biāo)會(huì)變差；③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(lái)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)，損耗以吸收損耗為主。

（b）屏蔽材料在經(jīng)過(guò)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(mǎn)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(lái)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(lái)考慮，又希望孔的數(shù)量和孔徑要多和大為好，這就需要EMC設(shè)計(jì)者在這兩者之間作出折衷考慮。

（f）在手機(jī)天線(xiàn)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(xiàn)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指標(biāo)，這需要設(shè)計(jì)者給予足夠的重視。

針對(duì)國(guó)內(nèi)的具體情況和工藝水平，筆者認(rèn)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（需充分注意到脫模后材料的回彈形變），若屏蔽件需要焊接，則表面處理改為鍍錫。

c.濾波
濾波就是對(duì)某些頻率點(diǎn)范圍內(nèi)的信號(hào)提供傳輸極點(diǎn)，而對(duì)另一些頻率點(diǎn)范圍內(nèi)的信號(hào)提供傳輸零點(diǎn)的技術(shù)。在GSM手機(jī)中采用了各種不同的濾波技術(shù)：①?gòu)?a target="_blank" style="text-decoration:none;" >濾波器的截止頻率來(lái)看，有低通（LPF）、高通（HPF）、帶通（BPF）濾波器；②從作用的工作頻率來(lái)看，有低、中、高頻濾波器；③從信號(hào)傳輸?shù)姆绞絹?lái)看，有傳輸型和旁路型濾波器；④從使用的材料來(lái)看，有SAW（surface acoustic wave）、傳輸線(xiàn)、腔體、鐵氧體、陶瓷濾波器；⑤從使用的器件來(lái)看，有無(wú)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(xiàn)性有源濾波技術(shù)由于GSM手機(jī)采用TDMA的方式工作，在一幀期間內(nèi)，只在某些時(shí)隙內(nèi)工作，故在整個(gè)電源回路中，均存在著TDMA脈沖，特別是在發(fā)射時(shí)隙內(nèi)。對(duì)于采用3.6V供電的手機(jī)，在發(fā)射時(shí)隙內(nèi)，其峰值電流在高功率檔時(shí)可達(dá)2.5A左右?？紤]到這一點(diǎn)，在GSM手機(jī)中廣泛采用這種技術(shù)，即對(duì)接收機(jī)、發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)、PA、頗豐合成器、 CPU、基諾處理、SIM卡、音頻處理，LCD單元分別采用有源濾波輸出供電。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(wú)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(huà)時(shí)間的
長(zhǎng)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(lèi)：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(xiàn)波波器
在接收機(jī)輸入端、PA的輸出端回路中采用傳輸線(xiàn)。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?xún)r(jià)比。由于傳輸線(xiàn)的等效電感參數(shù)在設(shè)計(jì)中難以精確計(jì)算（與PCB的介電常數(shù)、PCB的厚度、PCB上的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度、工作頻率、邊緣效應(yīng)有關(guān)），又由于PCB材料的介電常數(shù)可能會(huì)隨生產(chǎn)批次而變化，放在GSM手機(jī)車(chē)。這種濾波器的并臂下地電容（一般均用高Q值的高頻瓷片電容）要求能在傳輸線(xiàn)上“滑動(dòng)”接地，以獲得較精確的功率匹配和阻抗匹配，這對(duì)提高接收靈敏度、減小發(fā)射相位誤差、提高射頻輸出功率和降低電源功耗是有利的。