原创影响手机耦合灵敏度的几大原因分析和改善建议

 2007-2-28 15:08  6792 5 5 分类: 模拟

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在手机设计中在除了天线设计性能不好引起耦合灵敏度差外，还有其他很多中容易被忽视的EMC，EMI问题会干扰耦合灵敏度。比如LCD排线高速数据引起的EMI干扰的问题，SPEAKER 走线的EMI干扰，这些EMI干扰虽小，但最让人头疼，危害影响很大，又不容易发现，结果浪费很多时间精力。其实EMI问题解决就是要找源头，找到辐射的源头，解决起来可能就很简单，也许加一两个电阻电容就可以解决了。在我写文章前,先介绍一篇提高传导灵敏度的好片段,再来展开我改善耦合的介绍

射频(RF)指标改进、提高的办法
在通信产品的开发工程中，测量是一种基本的、必要的手段，但不是最后的目的。在开发过程中更重要的是通过对测量得到的数据进行分析、运用理论和经验，找到解决问题和提高技术指标的办法。下面我们把在GSM手机研究开发中采用的分析方法和经验与同行作一交流。
3.1 如何提高接收机的灵敏度指标
若通过测量发现灵敏度不高，则问题主要出现在接收机的高频或中频部分，其次是模拟I／Q解调部分。可先通过测量模拟I／Q输出端的电平和信噪比来判断问题是出现在哪一部分。
灵敏度抢标主要与接收机的中频放大器特别是RF前端的LNT和第一混频器有关。在许多情况下，影响和制约灵敏度的因素不在于增益而在于噪声系数。对于GSM移动电话前端LNT的要求是：噪声系数小于2dB、增益约15dB／GSM900或13dB／DCSl800，第一混频器的增益约10dB。键控AGC的可控制范围约20dB。该项指标的改进方法如下：

(1) 选择高增益、低噪声的RF前端电路或ASIC。
(2)注意从前端到模拟I／Q输出端的净增益是否足够。
一般GSM移动电话I／Q单端输出的信号强度为500mVpp，根据EYSI标准的技术要求净增益应大于90dB。
(3)充分注意到RF和IF SAw滤波器的选择和输入输出匹配电路的设计。第一射频SAW滤波器应主要考虑具有低的插损：第二射频SAW滤波器主要考虑具有高的选择性；IF SAW滤波器要选低插损、选择性好的器件。
(4)BaLum也是一个很重要的高频器件，应通过测量看其是否满足电路设计的要求。
(5)RF Tx／RX开关IC和RF测试插座也必须通过指标测试，达到设计要求。
(6)EMC设计方面是否存在问题?应增强接地、屏蔽和滤波的措施。
(7)工艺方面的考虑：应注意PDB layout设计，特别是前端电路的布局设计和特征阻抗匹配设计；应注意到由于SMT工艺参数选择不合适会造成RF部分特别是SAW滤波器虚焊。

上面这篇文章是很久之前的一位前辈写的很不错的文章,也被其他很多的网友转贴, 但大都是传导灵敏度的改善方法,其实传导灵敏度达标,只是手机实际灵敏度的是最基本要求, 然后要调试天线,天线OK后 ,还要检验设计中EMC问题, FPC ,LCD, VCO ,UIM,电池等很多因素是否会对耦合灵敏度有影响, 只有所有的潜在影响都被很好的解决,才能去做OTA测试, 达到目标的测试值.

下面的是我总结几点.

1. LCD 电路或FPC 排线引起的影响耦合灵敏度,这个多是由LCD的控制线等引起的,这个问题坛子里讨论比较多，现象比较明显,根据我自己的经验,拿掉LCD,或用铜皮盖包住FPC,一般都会有改善.解决也比较容易, 去测试几根可能的高速数据线或时钟线, 看看波形,一般会看到边沿都比较陡,协波比较丰富.如果不能不确定是哪根线的问题,一根根割断看看. 找到问题后,检查走线是否合理,FPC屏蔽是否良好, 同时在在输入口加RC低通滤波,一般情况经过这样几个改善方法后,都会对LCD 引起的影响耦合灵敏度有所改善

2. 天线的本身性能一般,大家在坛子里也有类似讨论的帖子,分析的都很透,我就不多说了.不过这里有一个问题是,有的天线测试S11,VSWR,场形无源测试,性能还都不错,可一放到板子上真刀真枪的测试耦合,灵敏度并不想预期的那么好. 这就有两个可能,一是天线本身没做好,二是手机本身存在自干扰.有时候在EMI问题没有发现之前,一直会冤枉天线厂家,说你们的天线怎么做的这么差.后来我的一个同事发现一种用软件看接收电平与出现FER的一个简单方法,来简单判断到底是天线不好还是自干扰的原因.

3. 19.2MHz TXVCO的高次协波也会影响耦合灵敏度。(针对CDMA电路,GSM可能会出现类似问题)

TCXO 19.2MH 在经过PM buffer方波整形后过多协波分量进MSM后引起可能的辐射干扰等EMI问题使边沿信道耦合灵敏度差,只要在PM后加入一RC低通滤波使波形变缓，就很立杆见影的改善耦合。

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<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />Second 800MHz 的接收频段是851-866MHz , 以测试信道CH500 863.50MHz 为例，TCXO=19.2MHz; 45th harmonic = 45*19.2MHz = 864 MHz,,此协波刚好落在500信道附近，从而产生EMI干扰影响灵敏度。其他高信道受干扰信道也是一样受19.2MHz的45次倍频协波影响

4. UIM卡上CLK，DATA 等数据线通过UIM做为一个天线之类的载体向外辐射干扰，从而影响耦合灵敏度。当用铜皮盖住UIM卡后，或仅盖住PIN点，在测试后发现CLK是一个2.4MHz左右的周期信号，上升边沿比较陡峭，也就意味着在CLK上同时有很多协波分量，在通话操作UIM时等，协波通过PCB 或UIM卡等载体产生EMI干扰影响耦合灵敏度。在CLK，DATA，上加旁路电容，可部分滤除协波，减小对外辐射，提高了耦合灵敏度

5.电池对耦合有影响，有次电池正极导出点与 19.2MHz 晶体表层走线空间上比较近可能发生谐振之类或相互干扰，通过电池铝外壳为载体，产生EMI问题.后来把此19.2线走内层就好了（由于电池多为铝外壳是正极，大电流放电时，电池内有大量电子流，可能通过铝外壳为载体，影响耦合）你还别不信，看看MOTO一位工程师写的文章就知道了[52RD.com]
http://www.edn.com/article/CA6309117.htmlco

m]
Positive-cell batteries use aluminum material, which contributes to the overall lighter weight of the battery pack, but it can be a medium to couple RF-radiated signals to the phone receiver, thereby bypassing the battery electronics. Metal distribution inside the battery pack is another concern that could lead to the degradation of the receiver's antenna efficiency.[

6.由于CPU内工作时钟引起的影响耦合，象LCD，其他检测ID，等线路都与此有关.(以CDMA为例,16为内数字的SAMPLE RATE)

Chiprate*16 clock= 16* 1.2288MHz= 19.6608MHz ; 45th harmonic = 45*19.6608MHz = 884.736 MHz, 这个协波一般是在CPU内部产生的，或者是由于LCD控制线等类似线路泄露到数字控制电路部分，刚好落在800MHz的工作频段，产生EMI问题，而引起影响耦合。其实UIM卡的CLOCK时钟也与这个有关系。一般由这个时钟引起的问题,在布线时一定要加上低通滤波,同时注意走线的隔离和包地.