手機電磁兼容測試常見(jiàn)問(wèn)題那些事兒

本文針對手機電磁兼容測試中經(jīng)常出現的問(wèn)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、輻射騷擾及傳導騷擾性能測試中經(jīng)常發(fā)現的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相應的改善手機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(jiàn)問(wèn)題

靜電放電抗擾度測試中出現的問(wèn)題主要表現在以下幾個(gè)方面。

(1)手機通話(huà)中斷。

(2)靜電放電導致手機部分功能失效，但靜電放電過(guò)程結束后或者重新啟動(dòng)手機之后失效的功能可以恢復。這些現象可能為：屏幕顯示異常，如屏幕顯示呈白色、出現條紋、顯示出現亂碼、顯示模糊等等;通話(huà)效果出現問(wèn)題，如嘯叫聲或者聲音消失;按鍵功能或者觸摸屏功能喪失;軟件出現誤告警，如在并沒(méi)有出現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)手機自動(dòng)關(guān)機或者重新啟動(dòng)現象。這個(gè)問(wèn)題既可能發(fā)生在通話(huà)過(guò)程中，也可能發(fā)生在待機過(guò)程中。

(4)靜電放電導致手機失效或損壞。

由于部分器件損壞，手機的一些功能在重新啟動(dòng)后仍無(wú)法恢復，如攝像頭功能;自動(dòng)關(guān)機后無(wú)法再次開(kāi)機的情況;與充電器相連接的情況下進(jìn)行測試時(shí)，充電器也可能出現失效、損壞甚至爆炸等問(wèn)題。

1.2靜電放電問(wèn)題的具體分析

(1)通話(huà)中斷：造成通話(huà)中斷的主要原因是靜電放電對手機內部的射頻電路和/或基帶電路造成影響，造成了通信信噪比的下降，信號同步出現問(wèn)題，從而造成通話(huà)中斷。結構設計不合理也可能導致通話(huà)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。當天線(xiàn)或者大面積的金屬部件距離這個(gè)水平耦合板距離過(guò)近時(shí)，可能產(chǎn)生相互耦合，導致移動(dòng)電話(huà)機實(shí)際能達到的靈敏度大大下降，進(jìn)行靜電試驗時(shí)通話(huà)更容易中斷，嚴重時(shí)即使不施加靜電干擾移動(dòng)電話(huà)機都無(wú)法保持通話(huà)。

(2)自動(dòng)關(guān)機或重啟：基帶電路的復位電路受到靜電的干擾導致手機誤關(guān)機或重啟。

(3)手機失效或損壞：靜電放電過(guò)程中高電壓和高電流導致器件的熱失效或者絕緣擊穿。也可能受到靜電放電過(guò)程中的強電磁場(chǎng)影響導致器件暫時(shí)失效。

(4)軟件故障：靜電干擾信號被當作有用信號被處理，導致操作系統誤響應。

1.3靜電放電問(wèn)題的改進(jìn)建議

(1)在設計方案上考慮靜電放電問(wèn)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(chǎng)流量越大，其感應電流越大)。具體的措施可能包括：走線(xiàn)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(cháng)的信號線(xiàn)或電源線(xiàn)必須與地線(xiàn)交錯布置;信號線(xiàn)越靠近地線(xiàn)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(xiàn)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;保護靜電敏感的元器件。

(2)出現靜電問(wèn)題后的整改建議針對上述靜電放電問(wèn)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，確認耦合路徑;

b)從不同方向放電，觀(guān)察現象有何不同，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，確定手機在哪個(gè)電壓范圍內出現不合格現象;

d)多試驗幾臺樣機，分析共性，確認失效原因;

e)根據耦合路徑、不合格現象、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(guò)試驗驗證、修正解決方案。整改中具體可采用以下措施。對于機殼縫隙、按鍵、FPCB的問(wèn)題可用介質(zhì)隔離的方式來(lái)處理;對于攝像頭、麥克風(fēng)、聽(tīng)筒等問(wèn)題可以通過(guò)介質(zhì)隔離、加強接地等方式來(lái)處理;具有屏蔽殼的芯片可以通過(guò)加強屏蔽效果、屏蔽殼加強接地的方式來(lái)處理;對于接口電路、關(guān)鍵芯片的引腳，要通過(guò)使用保護器件(如TVS管，ESD防護器件)來(lái)加以保護;·對于軟件的故障，可以通過(guò)增加一些邏輯判斷來(lái)正確檢測和處理告警信息的方式來(lái)改善。 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：當電感性負載(如繼電器、接觸器等)在斷開(kāi)時(shí)，由于開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)間隙的絕緣擊穿或觸點(diǎn)彈跳等原因，在斷開(kāi)處產(chǎn)生的瞬態(tài)騷擾。當電感性負載多次重復開(kāi)關(guān)，則脈沖群又會(huì )以相應的時(shí)間間隙多次重復出現。這種瞬態(tài)騷擾能量較小，一般不會(huì )引起設備的損壞，但由于其頻譜分布較寬，所以會(huì )對移動(dòng)電話(huà)機的可靠工作產(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(dòng)電話(huà)機的電源端口的試驗。試驗脈沖的特點(diǎn)是：瞬變脈沖上升時(shí)間短、重復出現、能量低。該試驗的目的就是為了檢驗手機在遭受這類(lèi)暫態(tài)騷擾影響時(shí)的性能。一般認為電快速瞬變脈沖群之所以會(huì )造成手機的誤動(dòng)作，是因為脈沖群對線(xiàn)路中半導體結電容充電，當結電容上的能量累積到一定程度，便會(huì )引起手機的誤操作。具體表現為在測試過(guò)程中移動(dòng)電話(huà)機通信中斷、死機、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(jiàn)問(wèn)題分析

電快速瞬變脈沖波形通過(guò)充電器直接傳導進(jìn)手機，導致主板電路上有過(guò)大的噪聲電壓。當單獨對火線(xiàn)或零線(xiàn)注入時(shí)，盡管是采取的對地的共模方式注入，但在火線(xiàn)和零線(xiàn)之間存在差模干擾，這種差模電壓會(huì )出現在充電器的直流輸出端。當同時(shí)對火線(xiàn)和零線(xiàn)注入時(shí)，存在著(zhù)共模干擾，但對充電器的輸出影響并不大。造成手機在測試過(guò)程中出現問(wèn)題的原因是復雜的，具體表現為以下幾方面。前期設計時(shí)未考慮電快速瞬變脈沖群抑制功能，沒(méi)有添加相關(guān)的濾波元器件，PCB設計綜合布線(xiàn)時(shí)也沒(méi)有注意線(xiàn)纜的隔離，主板接地設計也不符合規范，另外關(guān)鍵元器件的也沒(méi)有采取屏蔽保護措施等;生產(chǎn)廠(chǎng)在元器件供應商的選擇上沒(méi)有選用性能可靠的關(guān)鍵器件，導致測試過(guò)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;在整機生產(chǎn)組裝過(guò)程中，加工工藝及組裝水平出現的問(wèn)題可能會(huì )導致產(chǎn)品一致性不好，個(gè)別送檢手機存在質(zhì)量問(wèn)題;檢測過(guò)程中由于其他測試項出現問(wèn)題導致整改，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試不合格。

2.3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗相關(guān)問(wèn)題的改進(jìn)建議

針對電快速脈沖群干擾試驗出現的問(wèn)題，主要可以采取濾波及吸收的辦法來(lái)實(shí)現對電快速瞬變脈沖的抑制。

(1)在手機設計初期就應重點(diǎn)考慮抑制電快速瞬變脈沖群干擾設計。

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，根據實(shí)際情況可以酌情再添加一級磁珠來(lái)濾除高頻信號，盡量采用表面封裝;盡量減小PCB的地線(xiàn)公共阻抗值;PCB布局盡量使干擾源遠離敏感電路;PCB的各類(lèi)走線(xiàn)要盡量短;減小環(huán)路面積;在綜合布線(xiàn)時(shí)要注意強弱電的布線(xiàn)隔離、信號線(xiàn)與功率線(xiàn)的隔離。綜合布線(xiàn)是系統很重要的一個(gè)設計組成部分，一個(gè)糟糕的綜合布線(xiàn)格局很可能斷送一個(gè)設計精良的PCB的穩定性;關(guān)鍵敏感芯片需要屏蔽;軟件上應正確檢測和處理告警信息，及時(shí)恢復產(chǎn)品的狀態(tài)。

(2)元器件的選擇上應使用質(zhì)量可靠的芯片，最好做過(guò)芯片級的電磁兼容仿真試驗，質(zhì)量可靠的充電器、數據線(xiàn)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(chǎng)家在組裝生產(chǎn)環(huán)節中應嚴把質(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)別手機質(zhì)量問(wèn)題帶來(lái)的測試不合格現象;

(4)EFT測試過(guò)程中如出現問(wèn)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，選用磁珠的內徑越小、外徑越大、長(cháng)度越長(cháng)越好。采用加TVS管的整改方法作用有限;

(5)根據最新GB/T 17626.4-2008標準要求，重復頻率將增加100 kHz選項，將會(huì )比5 kHz更為嚴酷，廠(chǎng)家應及早重視進(jìn)行相關(guān)的電快速瞬變脈沖群測試防護工作。 3、輻射騷擾及傳導騷擾

3.1輻射騷擾、傳導騷擾相關(guān)問(wèn)題的具體情況

輻射騷擾測試主要在30 MHz-100 MHz和200 MHz-900 MHz頻率范圍內容易不合格，傳導騷擾則體現在5 MHz-30 MHz頻段范圍內容易不合格。

3.2輻射騷擾傳導騷擾相關(guān)問(wèn)題分析

輻射騷擾與傳導騷擾測試，是在使用充電器為手機充電，同時(shí)手機保持通信狀態(tài)以及最大發(fā)射功率情況下，進(jìn)行的電磁兼容測試。測試的結果是手機與充電器聯(lián)合工作的情況下的測試結果。不合格的原因可能是充電器造成的，也可能是手機本身造成的，也可能是手機與充電器聯(lián)合工作時(shí)兼容性不好而不合格。

產(chǎn)生問(wèn)題的原因可能有以下幾個(gè)方面。

充電器和手機在最初的設計階段沒(méi)有充分的考慮電磁兼容性能;

在設計時(shí)，沒(méi)有針對輻射騷擾和傳導騷擾的電磁兼容性進(jìn)行設計并采取相應的對策;

充電器和手機選用的元器件的電磁兼容性不好或質(zhì)量達不到要求;

手機在選用充電器時(shí)，沒(méi)有充分考慮手機和充電器間的電磁兼容性及手機和充電器的匹配性，手機是非線(xiàn)性負載，在振鈴及通話(huà)時(shí)，如果電池電量不足而進(jìn)行充電時(shí)，耗費的能量很大，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(guò)小，測試過(guò)程中會(huì )造成充電器滿(mǎn)負荷工作或超負荷工作而產(chǎn)生電磁兼容問(wèn)題，更嚴重甚至會(huì )產(chǎn)生安全問(wèn)題。另外如果充電不正常，也會(huì )造成手機器件不正常工作而產(chǎn)生電磁兼容問(wèn)題。充電器和手機間的相互干擾也會(huì )造成測試結果超標;

在進(jìn)行測試前，手機和充電器沒(méi)有配合進(jìn)行電磁兼容預測試，充電器有可能單獨使用負載做了電磁兼容測試，測試的結果不能反應與手機共同測試的結果。

3.3輻射騷擾傳導騷擾相關(guān)問(wèn)題的改進(jìn)建議

(1)在設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計，應保持接地環(huán)路盡量小，使用網(wǎng)格接地，信號線(xiàn)或電源線(xiàn)盡量與地線(xiàn)靠近。設計過(guò)程中，對充電器和手機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(xiàn)。器件布局一直按照功能和器件類(lèi)型來(lái)對元器件進(jìn)行分組，例如，對既存在模擬電路、又存在數字器件的電路板，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，那么就必須把數字地層緊貼數字電源層，模擬地緊貼模擬電源層，模擬地和數字地要有一個(gè)共地點(diǎn)。通常，電路中存在A(yíng)/D或D/A器件，這些轉換器件同時(shí)由模擬和數字電源供電，因此要將轉換器放置在模擬電源和數字電源之間。如果數字地和模擬地是分開(kāi)的，它們將在轉換器匯合。當電路板按照器件系列和電源電壓分組時(shí)，組內信號的傳送不能跨越另外的器件組，如果信號跨過(guò)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)而導致共模和差模干擾的增加。電路板設計過(guò)程中要避免出現各種隔離帶。雖然相距很近的一排通孔并不違反設計規則，但是，在電源層和地層上過(guò)多的通孔有時(shí)相當于開(kāi)出一條隔離帶，要避免在該區域內布線(xiàn)，例如，一個(gè)3 ns的信號回路如果偏離其信號源路徑0.40英寸，則過(guò)沖/欠沖和感生串擾會(huì )大增，足以使電路工作出現異常，并同時(shí)增加差模和共模干擾。

(4)充分考慮充電器與手機的兼容性和匹配性。充電器的輸出電流應大于手機的峰值電流。在選擇匹配的充電器前，應使用相應的充電器配合手機進(jìn)行輻射騷擾和傳導騷擾預測試，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

對測試結果進(jìn)行分析，聽(tīng)取電磁兼容測試工程師的建議。對于輻射騷擾測試，通過(guò)試驗確認是充電器對測試結果的影響大還是手機的影響大。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的影響大;傳導騷擾測試也要確認哪個(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(wèn)題，先更換相應的器件后再進(jìn)行測試。增加濾波電容或改進(jìn)相應的濾波電路，對輻射騷擾和傳導騷擾都會(huì )有改進(jìn)。如果確認是手機的問(wèn)題，確定超出頻率的來(lái)源，對相應的器件進(jìn)行屏蔽處理：加強屏蔽特性;改進(jìn)屏蔽的接地;增加相應的濾波電容或對濾波電路進(jìn)行調整;改進(jìn)相應的匹配電路減少諧波或混頻干擾;加強手機的充電電路的濾波和接地，等等。使用好的充電線(xiàn)纜，建議使用兩端都能接地的屏蔽線(xiàn)纜。在手機側或充電器側加鐵氧體磁環(huán)，對于輻射騷擾可能會(huì )有一定的改進(jìn)，對于傳導騷擾有時(shí)影響不大，要根據測試的頻率，選擇磁環(huán)的相應頻率。

綜上所述，對于輻射騷擾和傳導騷擾，應把握以下原則：

a)注重設計階段的電磁兼容設計;

b)注重充電器和手機的匹配;

c)選擇優(yōu)良的元器件。

4、結論

手機的電磁兼容性能直接關(guān)系到手機的各個(gè)性能，保證手機的電磁兼容性能是保證手機質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節，因此手機的電磁兼容測試及設計不容忽視。