1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。
2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。
3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。
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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;
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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;
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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;
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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;
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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。
4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。
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