手機(jī)電磁兼容測(cè)試常見問題及改進(jìn)建議
本文針對(duì)手機(jī)電磁兼容測(cè)試中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，包括靜電放電抗擾度試驗(yàn)、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)、輻射騷擾及傳導(dǎo)騷擾性能測(cè)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(yàn)
1.1靜電放電抗擾度試驗(yàn)常見問題
靜電放電抗擾度測(cè)試中出現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)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(dòng)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(dòng)關(guān)機(jī)或者重新啟動(dòng)現(xiàn)象。這個(gè)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(dòng)后仍無法恢復(fù)，如攝像頭功能;自動(dòng)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(cè)試時(shí)，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(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。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理也可能導(dǎo)致通話中斷。靜電放電試驗(yàn)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(gè)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(gè)水平耦合板距離過近時(shí)，可能產(chǎn)生相互耦合，導(dǎo)致移動(dòng)電話機(jī)實(shí)際能達(dá)到的靈敏度大大下降，進(jìn)行靜電試驗(yàn)時(shí)通話更容易中斷，嚴(yán)重時(shí)即使不施加靜電干擾移動(dòng)電話機(jī)都無法保持通話。
(2)自動(dòng)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(chǎng)影響導(dǎo)致器件暫時(shí)失效。
(4)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)。
1.3靜電放電問題的改進(jìn)建議
(1)在設(shè)計(jì)方案上考慮靜電放電問題
盡量選擇靜電敏感度等級(jí)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(chǎng)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(shí)，以格子方式連接;太長(zhǎng)的信號(hào)線或電源線必須與地線交錯(cuò)布置;信號(hào)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(jì)：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(duì)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(diǎn)和放電路徑;
c)從低到高，在不同電壓下進(jìn)行試驗(yàn)，確定手機(jī)在哪個(gè)電壓范圍內(nèi)出現(xiàn)不合格現(xiàn)象;
d)多試驗(yàn)幾臺(tái)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(duì)敏感器件制訂解決方案;
g)通過試驗(yàn)驗(yàn)證、修正解決方案。整改中具體可采用以下措施。對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于軟件的故障，可以通過增加一些邏輯判斷來正確檢測(cè)和處理告警信息的方式來改善。
2、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)
2.1電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)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(shí)，由于開關(guān)觸點(diǎn)間隙的絕緣擊穿或觸點(diǎn)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(huì)以相應(yīng)的時(shí)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(huì)引起設(shè)備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會(huì)對(duì)移動(dòng)電話機(jī)的可靠工作產(chǎn)生影響。該試驗(yàn)是一種將由許多快速瞬變脈沖組成的脈沖群耦合到移動(dòng)電話機(jī)的電源端口的試驗(yàn)。試驗(yàn)脈沖的特點(diǎn)是：瞬變脈沖上升時(shí)間短、重復(fù)出現(xiàn)、能量低。該試驗(yàn)的目的就是為了檢驗(yàn)手機(jī)在遭受這類暫態(tài)騷擾影響時(shí)的性能。一般認(rèn)為電快速瞬變脈沖群之所以會(huì)造成手機(jī)的誤動(dòng)作，是因?yàn)槊}沖群對(duì)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(huì)引起手機(jī)的誤操作。具體表現(xiàn)為在測(cè)試過程中移動(dòng)電話機(jī)通信中斷、死機(jī)、軟件告警、控制及存儲(chǔ)功能喪失等。
2.2電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)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(dú)對(duì)火線或零線注入時(shí)，盡管是采取的對(duì)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(huì)出現(xiàn)在充電器的直流輸出端。當(dāng)同時(shí)對(duì)火線和零線注入時(shí)，存在著共模干擾，但對(duì)充電器的輸出影響并不大。造成手機(jī)在測(cè)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(jì)時(shí)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(jì)綜合布線時(shí)也沒有注意線纜的隔離，主板接地設(shè)計(jì)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(cè)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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品一致性不好，個(gè)別送檢手機(jī)存在質(zhì)量問題;檢測(cè)過程中由于其他測(cè)試項(xiàng)出現(xiàn)問題導(dǎo)致整改，可能由于整改方案的選擇會(huì)影響到電快速瞬變脈沖群測(cè)試不合格
2.3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)相關(guān)問題的改進(jìn)建議
針對(duì)電快速脈沖群干擾試驗(yàn)出現(xiàn)的問題，主要可以采取濾波及吸收的辦法來實(shí)現(xiàn)對(duì)電快速瞬變脈沖的抑制。
(1)在手機(jī)設(shè)計(jì)初期就應(yīng)重點(diǎn)考慮抑制電快速瞬變脈沖群干擾設(shè)計(jì)。
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(shí)際情況可以酌情再添加一級(jí)磁珠來濾除高頻信號(hào)，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(shí)要注意強(qiáng)弱電的布線隔離、信號(hào)線與功率線的隔離。綜合布線是系統(tǒng)很重要的一個(gè)設(shè)計(jì)組成部分，一個(gè)糟糕的綜合布線格局很可能斷送一個(gè)設(shè)計(jì)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(cè)和處理告警信息，及時(shí)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(jí)的電磁兼容仿真試驗(yàn)，質(zhì)量可靠的充電器、數(shù)據(jù)線及電池的選用可提升對(duì)電快速瞬變脈沖信號(hào)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(gè)別手機(jī)質(zhì)量問題帶來的測(cè)試不合格現(xiàn)象;
(4)EFT測(cè)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(zhǎng)度越長(zhǎng)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(xiàng)，將會(huì)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(cè)試防護(hù)工作。
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(cè)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(cè)試，是在使用充電器為手機(jī)充電，同時(shí)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(cè)試。測(cè)試的結(jié)果是手機(jī)與充電器聯(lián)合工作的情況下的測(cè)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(shí)兼容性不好而不合格。
產(chǎn)生問題的原因可能有以下幾個(gè)方面。
充電器和手機(jī)在最初的設(shè)計(jì)階段沒有充分的考慮電磁兼容性能;
在設(shè)計(jì)時(shí)，沒有針對(duì)輻射騷擾和傳導(dǎo)騷擾的電磁兼容性進(jìn)行設(shè)計(jì)并采取相應(yīng)的對(duì)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(shí)，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(shí)，如果電池電量不足而進(jìn)行充電時(shí)，耗費(fèi)的能量很大，會(huì)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(cè)試過程中會(huì)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(huì)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(huì)造成測(cè)試結(jié)果超標(biāo);
在進(jìn)行測(cè)試前，手機(jī)和充電器沒有配合進(jìn)行電磁兼容預(yù)測(cè)試，充電器有可能單獨(dú)使用負(fù)載做了電磁兼容測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果不能反應(yīng)與手機(jī)共同測(cè)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(jì)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(jì)，應(yīng)保持接地環(huán)路盡量小，使用網(wǎng)格接地，信號(hào)線或電源線盡量與地線靠近。設(shè)計(jì)過程中，對(duì)充電器和手機(jī)的充電端口采取濾波措施，對(duì)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(duì)元器件進(jìn)行分組，例如，對(duì)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(duì)給定的產(chǎn)品系列或電源電壓，可按功能對(duì)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(gè)共地點(diǎn)。通常，電路中存在A/D或D/A器件，這些轉(zhuǎn)換器件同時(shí)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(shí)，組內(nèi)信號(hào)的傳送不能跨越另外的器件組，如果信號(hào)跨過界限，就不能與其回流路徑緊密耦合，這樣會(huì)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(jì)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(jì)規(guī)則，但是，在電源層和地層上過多的通孔有時(shí)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(gè)3 ns的信號(hào)回路如果偏離其信號(hào)源路徑0.40英寸，則過沖/欠沖和感生串?dāng)_會(huì)大增，足以使電路工作出現(xiàn)異常，并同時(shí)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(cè)試，驗(yàn)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(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，聽取電磁兼容測(cè)試工程師的建議。對(duì)于輻射騷擾測(cè)試，通過試驗(yàn)確認(rèn)是充電器對(duì)測(cè)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(cè)試也要確認(rèn)哪個(gè)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(gè)器件是否正常工作;如果是某個(gè)器件有問題，先更換相應(yīng)的器件后再進(jìn)行測(cè)試。增加濾波電容或改進(jìn)相應(yīng)的濾波電路，對(duì)輻射騷擾和傳導(dǎo)騷擾都會(huì)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(duì)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(duì)于輻射騷擾可能會(huì)有一定的改進(jìn)，對(duì)于傳導(dǎo)騷擾有時(shí)影響不大，要根據(jù)測(cè)試的頻率，選擇磁環(huán)的相應(yīng)頻率。
綜上所述，對(duì)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(jì)階段的電磁兼容設(shè)計(jì);
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(gè)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(gè)重要環(huán)節(jié)，因此手機(jī)的電磁兼容測(cè)試及設(shè)計(jì)不容忽視。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-01-05
