手機靜電放電抗擾度影響

1 引言

手機作為無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品中應用最廣泛、最貼近人民生活的數字蜂窩通信產(chǎn)品，在國內是人們主要的通信工具。因此，為保證手機的電磁兼容性能，解決手機的電磁兼容問(wèn)題，使得手機的電磁兼容測試顯得越來(lái)越重要。本文介紹了手機靜電放電測試的要求和方法， 總結分析了手機靜電放電抗擾度試驗的主要失效現象和模式， 可供手機靜電放電抗擾度試驗及提高手機抗靜電能力設計時(shí)參考。

2 手機靜電放電抗擾度的方法及要求

雖然在進(jìn)行不同制式的手機電磁兼容測試時(shí)，可以選擇不同的行業(yè)標準，但依據的基礎標準是相同的。對手機進(jìn)行電磁兼容測試，出現問(wèn)題的主要項目有：靜電放電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、傳導騷擾和輻射騷擾。以下主要針對900/1 800 MHz GSM 手機的靜電放電抗擾度試驗及其問(wèn)題展開(kāi)討論。

電磁兼容測試中靜電放電抗擾度(ESD)抗擾性是產(chǎn)品的一個(gè)關(guān)鍵指標，也是產(chǎn)品主要不合格項目之一。ESD 抗擾性低時(shí)，產(chǎn)品不適用于相對濕度低的環(huán)境使用，也不可避免地會(huì )影響產(chǎn)品的性能指標，產(chǎn)品更容易損壞，導致用戶(hù)對產(chǎn)品的認可度下降。因此手機的ESD 抗擾性已成為產(chǎn)品的主要指標之一。

手機ESD 測試實(shí)驗布置如圖1 所示。

2.1 手機工作狀態(tài)

手機在電磁兼容測試過(guò)程中，有兩種典型的工作狀態(tài)，即專(zhuān)用模式(通話(huà)狀態(tài)) 和空閑模式(待機狀態(tài))。

a) 專(zhuān)用模式

被測手機與基站模擬器通過(guò)空間鏈路建立并保持通信連接，通過(guò)把ARFCN 設置為一個(gè)適當的值來(lái)選定射頻輸入信號頻率。例如：對于GSM 900MHz，可選擇60~65 之間的值?；灸M器命令被測手機工作在最大的輸出功率電平下。手機分別工作在充電狀態(tài)和電池供電狀態(tài)并進(jìn)行ESD 抗擾度試驗。

當要求被測手機處于專(zhuān)用模式時(shí)，應滿(mǎn)足下列條件：

1) 被測手機工作在最大的發(fā)射功率情況下;

2) 監視下行鏈路的RXQUL;

3) 在測試之前，下行鏈路和上行鏈路的語(yǔ)音輸出信號的參考電平都應記錄在測試儀器中(把被測手機的音量設成額定音量或中等音量);

4) 被測手機下行鏈路的語(yǔ)音信道輸出信號在ERP 處的電平應通過(guò)測量SPL 來(lái)評估;

5) 在基站模擬器的模擬輸出口測量手機上行語(yǔ)音信道輸出的譯碼后的信號電平(使被測手機的麥克風(fēng)拾取的外來(lái)背景噪聲達到最小)。

b) 空閑模式

被測手機與基站模擬器通過(guò)空間鏈路連接，BCCH 信道激活，被測手機與基站模擬器保持同步，處于待機狀態(tài)，手機分別工作在充電狀態(tài)和電池供電狀態(tài)進(jìn)行ESD 抗擾度測試。

ESD 抗擾度測試是模擬手機在遭受到ESD 時(shí)其性能是否會(huì )下降或失效，放電分為直接放電和間接放電兩類(lèi)。對導電表面采用直接接觸放電的方式，對絕緣表面采用空氣放電方式。接觸放電為首選形式，只有在不能用接觸放電的地方(如表面涂有絕緣層，手機非金屬鍵盤(pán)縫隙等情況)才改用空氣放電。

2.2 測試過(guò)程中的性能監測

專(zhuān)用模式：被測手機與基站模擬器建立并保持通信連接，在加擾過(guò)程中，觀(guān)察被測手機是否維持通信連接。整個(gè)加擾過(guò)程結束后，觀(guān)察被測手機是否仍能保持通信連接，是否能正常工作，有無(wú)用戶(hù)可察覺(jué)的通信質(zhì)量的降低，有無(wú)用戶(hù)控制功能的喪失或存儲數據的丟失。

空閑模式：觀(guān)察手機是否誤操作，試驗結束后，觀(guān)察被測手機是否能正常工作，有無(wú)用戶(hù)可察覺(jué)的通信質(zhì)量的降低，有無(wú)用戶(hù)控制功能的喪失或存儲數據的丟失。

具體試驗點(diǎn)和試驗條件見(jiàn)表1。

表1 手機ESD 試驗點(diǎn)和試驗條件

2.3 ESD 測試導致手機失效的現象

ESD 測試產(chǎn)生失效的現象有兩種：一種是永久性失效，即導致手機損壞;另一種是軟失效，即測試結束后或重新啟動(dòng)手機后失效的功能可以恢復。

ESD 測試過(guò)程中手機軟失效的現象有：

1) 手機自動(dòng)關(guān)機，重啟后能恢復工作;

2) 手機通話(huà)中斷;

3) 手機自動(dòng)重啟;

4) 手機死機，重啟后可恢復工作;

5) 屏幕顯示異常，如屏幕顯示白屏、黑屏、屏幕顯示模糊、屏幕出現亂碼、或屏幕出現條紋等;

6) 觸摸屏功能或按鍵功能喪失;

7) 軟件出現錯誤提示，如在充電器沒(méi)有插拔的情況下屏幕頻繁提示，“充電器已移除，充電器已連接”;

8) 測試過(guò)程中通話(huà)質(zhì)量降低，聲音消失或斷續或出現嘯叫聲等。

ESD 導致手機損壞的現象有：

1) 自動(dòng)關(guān)機后不能再次開(kāi)機;

2) 由于部分器件損壞，手機的某些功能已無(wú)法恢復;

3) 處于充電狀態(tài)測試時(shí)，充電器發(fā)生損壞甚至爆炸等現象。

筆者試驗了213 批次手機，其中ESD 試驗不合格的有41 批次，不合格比例為19.2 %。試驗結果表明，ESD 抗擾性是電磁兼容測試主要不合格項目之一。試驗中失效最多的工作狀態(tài)為充電、專(zhuān)用模式，放電模式為空氣放電;失效點(diǎn)多集中在按鍵、接縫和LCD 顯示屏;出現失效現象頻率由高到低依次為：通話(huà)中斷;通話(huà)中斷，手機轉充電狀態(tài);手機自動(dòng)重啟;死機，重啟后可恢復工作;試驗過(guò)程中充電器壞或爆炸;死機，試驗后不能恢復工作;實(shí)驗中白屏、死機、試驗后不能恢復工作等。

3 ESD 失效對策

手機ESD 試驗不合格，大部分是可恢復的暫時(shí)性功能失效，這些失效與手機抗靜電設計密切相關(guān)，為了提高手機的抗靜電能力，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

1) 從結構接地保護方面考慮，最好能實(shí)現多點(diǎn)接地，間隙要小。接地點(diǎn)應盡可能地多，縮短接地線(xiàn)長(cháng)度，結構應盡可能地密封;

2) 敏感元件遠離縫隙或固定開(kāi)孔;

3) 選用抗靜電等級較高的器件;
4) 加大塑膠墊的面積，加長(cháng)靜電干擾路徑，削減ESD 對線(xiàn)路的影響;

5) 保持地電流遠離敏感電路及有關(guān)線(xiàn)路;

6) 對于敏感器件，通過(guò)使用保護器件(如TVS、ESD 防護器件) 來(lái)加強保護;

7) 保持敏感器件與靜電源隔離;

8) 減少回路面積，電源與地盡可能地近，走線(xiàn)盡可能地短，信號線(xiàn)盡可能地靠近地線(xiàn)。

4 結束語(yǔ)

本文介紹了手機電磁兼容測試標準及手機ESD 測試要求、方法和手機ESD 抗擾度試驗的主要失效現象、模式的分析，明確了電磁兼容測試中ESD 抗擾性是影響手機合格的一個(gè)關(guān)鍵指標。希望本文能對關(guān)心手機的ESD 抗擾性的生產(chǎn)廠(chǎng)家和設計人員有所幫助，同時(shí)也引起那些對ESD 抗擾性不太了解的生產(chǎn)廠(chǎng)家和設計人員的重視。