摘要 簡要介紹了EMC（electric magnetic compatibility）的概念和設計技術，針對
GSM手機的電路和結構特點，提出了幾項在GSM手機中可以採用的EMC技術。
關鍵詞 EMC 設計技術 GSM手機
1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，干擾要小，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，具備一定的抗干擾能力。
2電磁干擾方式
·頻域內的干擾有四種類型：同頻干擾、鄰道干擾、互調干擾和雜散。
鄰道干擾和雜散可通過濾波技術來解決，同頻干擾可通過合理的頻率管理和分配來解決，互調干擾可通過提高線性動態範圍和合理地選擇器件和工作點來解決。
·大小不同電平之間的干擾有強信號阻塞和遠近效應兩種類型。這兩種干擾可通過合理的選擇功率等級和自動功率控制（APC）來解決。
·傳導型干擾：它通過傳輸線作為媒介產生的干擾，例如，通過電源線和地線產生的干擾，這種干擾可通過濾波和合理地進行PCB設計來解決。
·高頻輻射干擾：這種干擾可通過屏蔽來解決，以減小干擾電場、磁場在「敏感」空間內傳播的能量。
3 GSM手機電磁兼容設計
在改善和提高EMC性能方面，有三項技術可採用：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。
3.1GSM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。
3.2手機EMC設計的特點
EMC設計這項工作在通信系統、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網絡系統可靠、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），放在手機中採用過多的、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手機採用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（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。
4 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，採用了接地、屏蔽、濾波這三項技術。對於手機來講，這些技術有它的特點。
4.1接地
從電路分析的角度來看，接地就是一種能對電源或信號源提供一條在工作頻率範圍內的低阻抗通路的技術。從這一點來看，採用大面積接地、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、大面積接地、匯流條接地等，在手機中大多數採用PCB大面積地線層接地和PCB周邊匯流條按地。
4.2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制，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面處理。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：其特點是可以降低手機的生產成本，容易與外殼在
結構和形位公差方面進行匹配，減輕手機重量，但由於鍍層厚度和密度的限制，其屏蔽效果一般來講不如全金屬的屏蔽結構件。由於國內塑膠模具的設計加工和金屬層的鍍塗一般是由不同的廠家來完成的，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、機械變形和表面氧化等問題，從而嚴重影響屏蔽效果。筆者認為，除非採用這種方法的塑料件在物理、化學、電氣特性指標方面有穩定的工藝保證，一般國內自主開發的手機不宜採用這種方法。
·導電橡膠：這種材料是在硅橡膠中加入高電導率的金屬粉末（如銀、鎳、
Ballotini），其形狀和斷面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面，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採用。
·金屬沖壓拉伸屏蔽結構件：從理論上來講，採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）屏蔽材料在經過沖壓拉伸成型和表面處理之後，要求尺寸精度要高，表面不易氧化，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的角度來考慮，希望孔的數量和孔徑要越少越小為好，從紅外再流焊的焊接工藝質量來考慮，又希望孔的數量和孔徑要多和大為好，這就需要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
的分佈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銹鋼（需充分注意到脫模後材料的回彈形變），若屏蔽件需要焊接，則表面處理改為鍍錫。
4.3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手機中採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。
下面介紹在GSM手機中採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
GSM手機的電路和結構特點，提出了幾項在GSM手機中可以採用的EMC技術。
關鍵詞 EMC 設計技術 GSM手機
1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，干擾要小，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，具備一定的抗干擾能力。
2電磁干擾方式
·頻域內的干擾有四種類型：同頻干擾、鄰道干擾、互調干擾和雜散。
鄰道干擾和雜散可通過濾波技術來解決，同頻干擾可通過合理的頻率管理和分配來解決，互調干擾可通過提高線性動態範圍和合理地選擇器件和工作點來解決。
·大小不同電平之間的干擾有強信號阻塞和遠近效應兩種類型。這兩種干擾可通過合理的選擇功率等級和自動功率控制（APC）來解決。
·傳導型干擾：它通過傳輸線作為媒介產生的干擾，例如，通過電源線和地線產生的干擾，這種干擾可通過濾波和合理地進行PCB設計來解決。
·高頻輻射干擾：這種干擾可通過屏蔽來解決，以減小干擾電場、磁場在「敏感」空間內傳播的能量。
3 GSM手機電磁兼容設計
在改善和提高EMC性能方面，有三項技術可採用：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。
3.1GSM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。
3.2手機EMC設計的特點
EMC設計這項工作在通信系統、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網絡系統可靠、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），放在手機中採用過多的、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手機採用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（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。
4 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，採用了接地、屏蔽、濾波這三項技術。對於手機來講，這些技術有它的特點。
4.1接地
從電路分析的角度來看，接地就是一種能對電源或信號源提供一條在工作頻率範圍內的低阻抗通路的技術。從這一點來看，採用大面積接地、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、大面積接地、匯流條接地等，在手機中大多數採用PCB大面積地線層接地和PCB周邊匯流條按地。
4.2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制，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面處理。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：其特點是可以降低手機的生產成本，容易與外殼在
結構和形位公差方面進行匹配，減輕手機重量，但由於鍍層厚度和密度的限制，其屏蔽效果一般來講不如全金屬的屏蔽結構件。由於國內塑膠模具的設計加工和金屬層的鍍塗一般是由不同的廠家來完成的，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、機械變形和表面氧化等問題，從而嚴重影響屏蔽效果。筆者認為，除非採用這種方法的塑料件在物理、化學、電氣特性指標方面有穩定的工藝保證，一般國內自主開發的手機不宜採用這種方法。
·導電橡膠：這種材料是在硅橡膠中加入高電導率的金屬粉末（如銀、鎳、
Ballotini），其形狀和斷面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面，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採用。
·金屬沖壓拉伸屏蔽結構件：從理論上來講，採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）屏蔽材料在經過沖壓拉伸成型和表面處理之後，要求尺寸精度要高，表面不易氧化，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的角度來考慮，希望孔的數量和孔徑要越少越小為好，從紅外再流焊的焊接工藝質量來考慮，又希望孔的數量和孔徑要多和大為好，這就需要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
的分佈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銹鋼（需充分注意到脫模後材料的回彈形變），若屏蔽件需要焊接，則表面處理改為鍍錫。
4.3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手機中採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。
下面介紹在GSM手機中採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
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