中心議題：

• 介紹EMC的概念和設計技術
• 提出幾項在GSM手機中可以采用的EMC技術

解決方案：

• 可采用接地
  、屏蔽、濾波三項技術改善和提高EMC性能
• 屏蔽材料選鐵皮鍍鎳或鈹青銅鍍鎳或選鎳基不鏽鋼
• 在GSM手機中采用各種不同的濾波技術

電磁兼容（EMC）的定義
EMC性能表示為在一定的時間、頻率
、電磁空間的範圍內，某設備或單元與其它設備或單元
，在所述範圍內“和平共處”能力的大小，換句話說：該設備或單元對其它設備或單元產生的不良影響，幹擾要小，而且在這種電磁環境下，該設備或單元能夠穩定、可靠地工作，具備一定的抗幹擾能力。

電磁幹擾方式
頻域內的幹擾有四種類型：同頻幹擾、鄰道幹擾

、互調幹擾和雜散。

鄰(lin)道(dao)幹(gan)擾(rao)和(he)雜(za)散(san)可(ke)通(tong)過(guo)濾(lv)波(bo)技(ji)術(shu)來(lai)解(jie)決(jue)
，同(tong)頻(pin)幹(gan)擾(rao)可(ke)通(tong)過(guo)合(he)理(li)的(de)頻(pin)率(lv)管(guan)理(li)和(he)分(fen)配(pei)來(lai)解(jie)決(jue)
，互(hu)調(tiao)幹(gan)擾(rao)可(ke)通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)線(xian)性(xing)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)和(he)合(he)理(li)地(di)選(xuan)擇(ze)器(qi)件(jian)和(he)工(gong)作(zuo)點(dian)來(lai)解(jie)決(jue)。

大小不同電平之間的幹擾有強信號阻塞和遠近效應兩種類型。這兩種幹擾可通過合理的選擇功率等級和自動功率控製（APC）來解決。

傳導型幹擾：它通過傳輸線作為媒介產生的幹擾，例如，通過電源線和地線產生的幹擾，這種幹擾可通過濾波和合理地進行PCB設計來解決。

高頻輻射幹擾：這種幹擾可通過屏蔽來解決，以減小幹擾電場

、磁場在“敏感”空間內傳播的能量。

GSM手機電磁兼容設計
在改善和提高EMC性能方麵，有三項技術可采用：接地
、屏蔽、濾波。對於每一項技術針對不同類別的具體產品
，又有比較豐富的內容
，這使得EMC設計具有一定的難度而且需要經驗。

a.GSM手機EMC設計要求
接收靈敏度：優於-102dBm／RBER（residualBER）＜ 20％（條件：classⅡ
、靜態、900MHz頻段）
；
發射頻率誤差：＜1×10－7，相位誤差有效值：≤5°
、峰值≤20°

；射頻輸出功率（四類手機）：5dBm（3.22mW）-33dBm（2W）。

接收機同道、鄰道、阻塞、互調指標，發射機調製頻譜、開關頻譜、雜散輻射等指標均需滿足ETSGSM11.10和05.05（歐洲電信標準）技術規範中的各項要求。

b.手機EMC設計的特點
EMC設計這項工作在通信係統、通信設備、家用電器等設備中扮演著十分重要的角色。對於GSM手機這種家用通信電子類產品來講，手機EMC性能的好壞對GSM網絡係統可靠、穩定地工作、手機RF指標、人體感應程度
、手機軟硬件的可靠性和穩定性都有著直接的影響。

GSM手機EMC設計有下列特點：
①整機外形尺寸小
，單位體積的功率密度大。現在GSM手機的外形尺寸一般為：長100mm、寬40mm
、厚25mm左右，對於四類機來講

，其最大輸出射頻功率為2W（33dBm）和其它的通信設備相比較（例：100W尋呼發射機
，25W調頻車載台，20mW無繩電話）
，手機的單位體積功率密度是最大的，這對EMC設計提出了較高的要求。

②重量輕、對屏蔽材料的選擇要求高。因為GSM手機有重量要求（一般小於100克），放在手機中采用過多的、過厚的屏蔽材料是不切合實際的

，這又增加了EMC設計難度。
   
③TDMA脈衝突發（burst）工作方式。GSM手機采用TDMA通信工作方式（每幀8個時隙，每幀長4.615ms，每時隙長577μs），這對輸出開關頻譜和電源濾波提出了較高的要求。
   
④人體感應問題突出。手持式通信終端都存在著人體感應問題，由於GSM手機工作在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調頻對講機
，48～74 MHz家用無繩電話），因此該問題更加突出。

GSM手機EMC設計技術
在GSM手機EMC設計工作中，與其它的通信設備一樣
，采用了接地、屏蔽、濾波這三項技術。對於手機來講
，這些技術有它的特點。

a.接地
從cong電dian路lu分fen析xi的de角jiao度du來lai看kan
，接jie地di就jiu是shi一yi種zhong能neng對dui電dian源yuan或huo信xin號hao源yuan提ti供gong一yi條tiao在zai工gong作zuo頻pin率lv範fan圍wei內nei的de低di阻zu抗kang通tong路lu的de技ji術shu。從cong這zhe一yi點dian來lai看kan，采cai用yong大da麵mian積ji接jie地di、短而粗的導線就近接地是一項基本原則，接地與屏蔽和濾波密切相關
，良好
、可靠的接地是高質量屏蔽和濾波的前提條件。接地方式有一點接地、多點接地、大麵積接地
、彙流條接地等，在手機中大多數采用PCB大麵積地線層接地和PCB周邊彙流條按地。

b屏蔽
因為手機是屬於高性能價格比的通信類家用電器，而且有體積和重量的限製，故在進行手機EMC屏蔽技術設計時
，必須仔細考慮屏蔽方式和材料的選擇以及加工工藝和表麵處理。在手機中，可選擇的材料和特點如下所述：
有金屬塗層或鍍層的工程塑料：其(qi)特(te)點(dian)是(shi)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)手(shou)機(ji)的(de)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)，容(rong)易(yi)與(yu)外(wai)殼(ke)在(zai)結(jie)構(gou)和(he)形(xing)位(wei)公(gong)差(cha)方(fang)麵(mian)進(jin)行(xing)匹(pi)配(pei)，減(jian)輕(qing)手(shou)機(ji)重(zhong)量(liang)，但(dan)由(you)於(yu)鍍(du)層(ceng)厚(hou)度(du)和(he)密(mi)度(du)的(de)限(xian)製(zhi)，其(qi)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)一(yi)般(ban)來(lai)講(jiang)不(bu)如(ru)全(quan)金(jin)屬(shu)的(de)屏(ping)蔽(bi)結(jie)構(gou)件(jian)。由(you)於(yu)國(guo)內(nei)塑(su)膠(jiao)模(mo)具(ju)的(de)設(she)計(ji)加(jia)工(gong)和(he)金(jin)屬(shu)層(ceng)的(de)鍍(du)塗(tu)一(yi)般(ban)是(shi)由(you)不(bu)同(tong)的(de)廠(chang)家(jia)來(lai)完(wan)成(cheng)的(de)，EMC的設計者難以對其提出具體的電磁屏蔽效果要求，產品的質量和穩定性難以保證，易出現鍍塗層脫落
、機械變形和表麵氧化等問題
，從而嚴重影響屏蔽效果。筆者認為，除非采用這種方法的塑料件在物理

、化學
、電氣特性指標方麵有穩定的工藝保證，一般國內自主開發的手機不宜采用這種方法。

導電橡膠：這種材料是在矽橡膠中加入高電導率的金屬粉末（如銀、鎳、Ballotini），其形狀和斷麵可根據需要有多種選擇（例：O

、U形狀）。選擇的基本依據是電導率指標要高，有足夠的機械強度、彈性和穩定性，這種材料的特點是：①彈性和電導率會隨著時間而變差（老化）；②抗震性能差
，受到震動後

，其電導率指標會變差；③可維性差
、易變形脫落。要形成高質量低阻抗的接地麵，在工藝上有困難。

由於上述原因，這種材料在新型手機中較少采用。
金屬衝壓拉伸屏蔽結構件：從理論上來講，采用這種方法可得到最好的屏蔽效果，在進行設計時需要考慮到下列因素：
（a）選擇具有高電導率和導磁率的材料。
金屬導體對電磁波存在著兩種損耗
，吸收損耗和反射損耗，在工作頻率大於100MHz時，損耗以吸收損耗為主。

（b）屏蔽材料在經過衝壓拉伸成型和表麵處理之後，要求尺寸精度要高
，表麵不易氧化，有一定的機械強度
，以滿足生產和維修的要求。

（c）工製造成本低。

（d）由伽爾伐尼電池效應造成的電化腐蝕要小。

（e）對於需要焊接的封閉式金屬屏蔽金上孔的加工和處理：從EMC的(de)角(jiao)度(du)來(lai)考(kao)慮(lv)，希(xi)望(wang)孔(kong)的(de)數(shu)量(liang)和(he)孔(kong)徑(jing)要(yao)越(yue)少(shao)越(yue)小(xiao)為(wei)好(hao)，從(cong)紅(hong)外(wai)再(zai)流(liu)焊(han)的(de)焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)質(zhi)量(liang)來(lai)考(kao)慮(lv)，又(you)希(xi)望(wang)孔(kong)的(de)數(shu)量(liang)和(he)孔(kong)徑(jing)要(yao)多(duo)和(he)大(da)為(wei)好(hao)，這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)EMC設計者在這兩者之間作出折衷考慮。

（f）在手機天線附近的屏蔽件的尺寸
、形狀、形位公差、光潔度、材料，將對天線的分布參數產生很大的影響，從而進一步影響到PA（power amplifier）的輸出功率

、功耗、相位誤差、接收靈敏度等RF指標，這需要設計者給予足夠的重視。

針對國內的具體情況和工藝水平，筆者認為，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鏽鋼（需充分注意到脫模後材料的回彈形變），若屏蔽件需要焊接
，則表麵處理改為鍍錫。

c.濾波
濾波就是對某些頻率點範圍內的信號提供傳輸極點

，而對另一些頻率點範圍內的信號提供傳輸零點的技術。在GSM手機中采用了各種不同的濾波技術：①從濾波器的截止頻率來看，有低通（LPF）
、高通（HPF）、帶通（BPF）濾波器；②從作用的工作頻率來看
，有低、中
、高頻濾波器；③從信號傳輸的方式來看，有傳輸型和旁路型濾波器；④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；⑤從使用的器件來看
，有無源和有源濾波器。

下麵介紹在GSM手機中采用的一些特殊的濾波技術。
（1）一路電源（電池）輸入


，多路電源輸出的線性有源濾波技術由於GSM手機采用TDMA的方式工作
，在一幀期間內
，隻在某些時隙內工作，故在整個電源回路中
，均存在著TDMA脈衝
，特別是在發射時隙內。對於采用3.6V供電的手機
，在發射時隙內，其峰值電流在高功率檔時可達2.5A左右。考慮到這一點，在GSM手機中廣泛采用這種技術
，即對接收機
、發射機驅動

、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。這種濾波技術可保證各路輸出電源之間的幹擾很小，從而保證了EMC性能。若采用無源濾波技術，不但需要體積很大的濾波電容

，而且也是難以達到技術要求的。另外，GSM手機非常講究功耗指標（待機連續通話時間的
長短），從cong這zhe一yi點dian考kao慮lv



，采cai用yong電dian源yuan濾lv波bo管guan理li技ji術shu，有you利li於yu對dui各ge個ge單dan元yuan電dian路lu分fen別bie進jin行xing控kong製zhi和he管guan理li，讓rang相xiang關guan的de單dan元yuan電dian路lu隻zhi在zai相xiang應ying的de時shi隙xi內nei啟qi動dong工gong作zuo
，在zai其qi餘yu的de時shi隙xi內nei均jun處chu於yu等deng待dai休xiu眠mian狀zhuang態tai，從cong而er可ke以yi達da到dao進jin一yi步bu降jiang低di功gong耗hao、省電的目的。

（2）鐵氧體濾波器
這種器件根據使用情況可分為幾類：標準信號
、高速信號、超高速信號、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(zai)低(di)頻(pin)段(duan)時(shi)呈(cheng)感(gan)性(xing)，在(zai)高(gao)頻(pin)段(duan)時(shi)呈(cheng)容(rong)性(xing)，在(zai)中(zhong)間(jian)某(mou)一(yi)缺(que)點(dian)處(chu)有(you)一(yi)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)點(dian)。把(ba)鐵(tie)氧(yang)體(ti)濾(lv)波(bo)器(qi)串(chuan)接(jie)在(zai)回(hui)路(lu)中(zhong)，可(ke)構(gou)成(cheng)一(yi)個(ge)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)器(qi)，它(ta)具(ju)有(you)體(ti)積(ji)小(xiao)、成本低、工作電流大的特點（和LC濾波器相比較），特別適用於PA供電部分的大電流脈衝濾波，具有較高的性能價格比。

（3）PCB上的傳輸線波波器
在接收機輸入端
、PA的輸出端回路中采用傳輸線。型濾波器比采用傳統的集中參數LC濾波器能獲得更高的性價比。由於傳輸線的等效電感參數在設計中難以精確計算（與PCB的介電常數、PCB的厚度、PCB上的導線長度、工作頻率、邊緣效應有關）
，又由於PCB材料的介電常數可能會隨生產批次而變化
，放在GSM手機車。這種濾波器的並臂下地電容（一般均用高Q值的高頻瓷片電容）要求能在傳輸線上“滑動”接地，以獲得較精確的功率匹配和阻抗匹配，這對提高接收靈敏度、減小發射相位誤差、提高射頻輸出功率和降低電源功耗是有利的。