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GSM手机电磁兼容规划

GSM手机电磁兼容设计-在改善和提高EMC性能方面,有三项技术可采用:接地、屏蔽、滤波。对于每一项技术针对不同类别的具体产品,又有比较丰富的内容,这使得EMC设计具有一定的难度而且需要经验。

  1 电磁兼容

  (EMC)的界说 EMC功能表明为在必定的时刻、频率、电磁空间的规模内,某设备或单元与其它设备或单元,在所述规模内“和平共处”才能的巨细,换句话说:该设备或单元对其它设备或单元发生的不良影响,搅扰要小,并且在这种电磁环境下,该设备或单元能够安稳、牢靠地作业,具有必定的抗搅扰才能。

  2 电磁搅扰办法

  频域内的搅扰有四种类型:同频搅扰、邻道搅扰、互调搅扰和杂散。 邻道搅扰和杂散可通过滤波技能来处理,同频搅扰可通过合理的频率办理和分配来处理,互调搅扰可通过进步线性动态规模和合理地挑选器材和作业点来处理。 ·巨细不同电平之间的搅扰有强信号堵塞和远近效应两种类型。这两种搅扰可通过合理的挑选功率等级和主动功率操控(APC)来处理。 ·传导型搅扰:它通过传输线作为前言发生的搅扰,例如,通过电源线和地线发生的搅扰,这种搅扰可通过滤波和合理地进行PCB规划来处理。 ·高频辐射搅扰:这种搅扰可通过屏蔽来处理,以减小搅扰电场、磁场在“灵敏”空间内传达的能量。

  3 GSM手机电磁兼容规划

  在改进和进步EMC功能方面,有三项技能可选用:接地、屏蔽、滤波。关于每一项技能针对不同类别的详细产品,又有比较丰富的内容,这使得EMC规划具有必定的难度并且需求经历。

  3.1 GSM手机 EMC规划要求

  接纳灵敏度:优于-102dBm/RBER(residualBER)< 20%(条件:classⅡ、静态、 900MHz频段); ·发射频率差错:<1&TImes;10-7,相位差错有效值:≤5°、峰值≤20°; ·射频输出功率(四类手机):5dBm(3.22mW)-33dBm(2W)。 接纳机同路、邻道、堵塞、互调目标,发射机调制频谱、开关频谱、杂散辐射等目标均需满意ETSGSM11.10和05.05(欧洲电信规范)技能规范中的各项要求。

  3.2 手机 EMC规划的特色

  EMC规划这项作业在通讯体系、通讯设备、家用电器等设备中扮演着十分重要的人物。关于GSM手机这种家用通讯电子类产品来讲,手机 EMC功能的好坏对GSM网络体系牢靠、安稳地作业、手机RF目标、人体感应程度、手机软硬件的牢靠性和安稳性都有着直接的影响。 GSM手机EMC规划有下列特色: ①整机外形尺度小,单位体积的功率密度大。现在GSM手机的外形尺度一般为:长100mm、宽40mm、厚25mm左右,关于四类机来讲,其最大输出射频功率为2W(33dBm)和其它的通讯设备相比较(例:100W寻呼发射机,25W调频车载台,20mW无绳电话),手机的单位体积功率密度是最大的,这对EMC规划提出了较高的要求。 ②分量轻、对屏蔽资料的挑选要求高。因为GSM手机有分量要求(一般小于100克),放在手机中选用过多的、过厚的屏蔽资料是不切合实际的,这又增加了 EMC规划难度。 ③TDMA脉冲突发(burst)作业办法。GSM手机选用TDMA通讯作业办法(每帧8个时隙,每帧长4.615ms,每时隙长577μs),这对输出开关频谱和电源滤波提出了较高的要求。 ④人体感应问题杰出。手持式通讯终端都存在着人体感应问题,因为GSM手机作业在 900MHz和1800MHz频段,作业频率比一般的手持式通讯终端都要高(例:150MHz、450MHz调频对讲机,48~74 MHz家用无绳电话),因而该问题愈加杰出。rWh安规与电磁兼容网

  4 GSM手机EMC规划技能

  在GSM手机EMC规划作业中,与其它的通讯设备相同,选用了接地、屏蔽、滤波这三项技能。关于手机来讲,这些技能有它的特色。网

  4.1 接地

  从电路剖析的视点来看,接地便是一种能对电源或信号源供给一条在作业频率规模内的低阻抗通路的技能。从这一点来看,选用大面积接地、短而粗的导线就近接地是一项根本原则,接地与屏蔽和滤波密切相关,杰出、牢靠的接地是高质量屏蔽和滤波的前提条件。接地办法有一点接地、多点接地、大面积接地、汇流条接地等,在手机中大大都选用PCB 大面积地线层接地和PCB周边汇流条按地。

  4.2 屏蔽

  因为手机是归于高功能价格比的通讯类家用电器,并且有体积和分量的约束,故在进行手机EMC屏蔽技能规划时,有必要细心考虑屏蔽办法和资料的挑选以及加工工艺和外表处理。在手机中,可挑选的资料和特色如下所述: ·有金属涂层或镀层的工程塑料:其特色是能够下降手机的出产成本,容易与外壳在结构和形位公役方面进行匹配,减轻手机分量,但因为镀层厚度和密度的约束,其屏蔽效果一般来讲不如全金属的屏蔽结构件。因为国内塑胶模具的规划加工和金属层的镀涂一般是由不同的厂家来完结的,EMC的规划者难以对其提出详细的电磁屏蔽效果要求,产品的质量和安稳性难以确保,易呈现镀涂层掉落、机械变形和外表氧化等问题,然后严重影响屏蔽效果。笔者以为,除非选用这种办法的塑料件在物理、化学、电气特性目标方面有安稳的工艺确保,一般国内自主开发的手机不宜选用这种办法。 ·导电橡胶:这种资料是在硅橡胶中参加高电导率的金属粉末(如银、镍、 BalloTIni),其形状和断面可依据需求有多种挑选(例:O、U形状)。挑选的根本依据是电导率目标要高,有满意的机械强度、弹性和安稳性,这种资料的特色是:①弹性和电导率会跟着时刻而变差(老化);②抗震功能差,遭到轰动后,其电导率目标会变差; ③可维性差、易变形掉落。要构成高质量低阻抗的接地上,在工艺上有困难。 因为上述原因,这种资料在新式手机中较少选用。 ·金属冲压拉伸屏蔽结构件:从理论上来讲,选用这种办法可得到最好的屏蔽效果,在进行规划时需求考虑到下列要素: (a)挑选具有高电导率和导磁率的资料。 金属导体对电磁波存在着两种损耗,吸收损耗和反射损耗,在作业频率大于100MHz时,损耗以吸收损耗为主。 (b)屏蔽资料在通过冲压拉伸成型和外表处理之后,要求尺度精度要高,外表不易氧化,有必定的机械强度,以满意出产和修理的要求。 (c)工制作成本低。 (d)由伽尔伐尼电池效应形成的电化腐蚀要小。 (e)关于需求焊接的封闭式金属屏蔽金上孔的加工和处理:从EMC的视点来考虑,期望孔的数量和孔径要越少越小为好,从红外再流焊的焊接工艺质量来考虑,又期望孔的数量和孔径要多和大为好,这就需求EMC规划者在这两者之间作出折衷考虑。 (f)在手机天线邻近的屏蔽件的尺度、形状、形位公役、光洁度、资料,将对天线的散布参数发生很大的影响,然后进一步影响到PA(power amplifier)的输出功率、功耗、相位差错、接纳灵敏度等RF目标,这需求规划者给予满意的注重。 针对国内的详细情况和工艺水平,笔者以为,屏蔽资料可选厚约0.2mm的铁皮镀镍或铍青铜镀镍或选镍基不锈钢(需充沛注意到脱模后资料的回弹形变),若屏蔽件需求焊接,则外表处理改为镀锡。

  4.3滤波

  滤波便是对某些频率点规模内的信号供给传输极点,而对另一些频率点规模内的信号供给传输零点的技能。在GSM手机中选用了各种不同的滤波技能:①从滤波器的截止频率来看,有低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)滤波器;②从效果的作业频率来看,有低、中、高频滤波器;③从信号传输的办法来看,有传输型和旁路型滤波器;④从运用的资料来看,有SAW(surface acousTIc wave)、传输线、腔体、铁氧体、陶瓷滤波器; ⑤从运用的器材来看,有无源和有源滤波器。

  下面介绍在GSM手机中选用的一些特别的滤波技能。

  (1)一路电源(电池)输入,多路电源输出的线性有源滤波技能 因为GSM手机选用TDMA的办法作业,在一帧期间内,只在某些时隙内作业,故在整个电源回路中,均存在着TDMA脉冲,特别是在发射时隙内。关于选用 3.6V供电的手机,在发射时隙内,其峰值电流在高功率档时可达2.5A左右。考虑到这一点,在GSM手机中广泛选用这种技能,即对接纳机、发射机驱动、 PA、颇丰合成器、 CPU、基诺处理、SIM卡、音频处理,LCD单元别离选用有源滤波输出供电。这种滤波技能可确保各路输出电源之间的搅扰很小,然后确保了EMC功能。若选用无源滤波技能,不光需求体积很大的滤波电容,并且也是难以到达技能要求的。别的,GSM手机十分考究功耗目标(待机接连通话时刻的长短),从这一点考虑,选用电源滤波办理技能,有利于对各个单元电路别离进行操控和办理,让相关的单元电路只在相应的时隙内发动作业,在其他的时隙内均处于等候休眠状况,然后能够到达进一步下降功耗、省电的意图。

  (2)铁氧体滤波器 这种器材依据运用情况可分为几类:规范信号、高速信号、超高速信号、电源。使用铁氧体的阻抗一频率特性(由资料配方和工艺决议),在低频段时呈理性,在高频段时呈容性,在中心某一缺陷处有一并联谐振点。把铁氧体滤波器串接在回路中,可构成一个低通滤波器,它具有体积小、成本低、作业电流大的特色(和LC滤波器相比较),特别适用于PA供电部分的大电流脉冲滤波,具有较高的功能价格比。

  (3)PCB上的传输线波波器 在接纳机输入端、PA的输出端回路中选用传输线。型滤波器比选用传统的会集参数 LC滤波器能取得更高的性价比。因为传输线的等效电感参数在规划中难以准确核算(与 PCB的介电常数、PCB的厚度、PCB上的导线长度、作业频率、边缘效应有关),又因为 PCB资料的介电常数可能会随出产批次而改变,放在GSM手机车。这种滤波器的并臂下地电容(一般均用高Q值的高频瓷片电容)要求能在传输线上“滑动”接地,以取得较准确的功率匹配和阻抗匹配,这对进步接纳灵敏度、减小发射相位差错、进步射频输出功率和下降电源功耗是有利的。

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