手機靜電放電抗擾度影響

1 引言

手機作為無線通信產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛、最貼近人民生活的數(shù)字蜂窩通信產(chǎn)品，在國內(nèi)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題，使得手機的電磁兼容測試顯得越來越重要。本文介紹了手機靜電放電測試的要求和方法， 總結(jié)分析了手機靜電放電抗擾度試驗的主要失效現(xiàn)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(shè)計時參考。

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，可以選擇不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但依據(jù)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是相同的。對手機進(jìn)行電磁兼容測試，出現(xiàn)問題的主要項目有：靜電放電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、傳導(dǎo)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題展開討論。

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

手機ESD 測試實驗布置如圖1 所示。

2.1 手機工作狀態(tài)

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

a) 專用模式

被測手機與基站模擬器通過空間鏈路建立并保持通信連接，通過把ARFCN 設(shè)置為一個適當(dāng)?shù)闹祦磉x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(dāng)要求被測手機處于專用模式時，應(yīng)滿足下列條件：

1) 被測手機工作在最大的發(fā)射功率情況下;

2) 監(jiān)視下行鏈路的RXQUL;

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

4) 被測手機下行鏈路的語音信道輸出信號在ERP 處的電平應(yīng)通過測量SPL 來評估;

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

b) 空閑模式

被測手機與基站模擬器通過空間鏈路連接，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 時其性能是否會下降或失效，放電分為直接放電和間接放電兩類。對導(dǎo)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，手機非金屬鍵盤縫隙等情況)才改用空氣放電。

2.2 測試過程中的性能監(jiān)測

專用模式：被測手機與基站模擬器建立并保持通信連接，在加擾過程中，觀察被測手機是否維持通信連接。整個加擾過程結(jié)束后，觀察被測手機是否仍能保持通信連接，是否能正常工作，有無用戶可察覺的通信質(zhì)量的降低，有無用戶控制功能的喪失或存儲數(shù)據(jù)的丟失。

空閑模式：觀察手機是否誤操作，試驗結(jié)束后，觀察被測手機是否能正常工作，有無用戶可察覺的通信質(zhì)量的降低，有無用戶控制功能的喪失或存儲數(shù)據(jù)的丟失。

具體試驗點和試驗條件見表1。

表1 手機ESD 試驗點和試驗條件

2.3 ESD 測試導(dǎo)致手機失效的現(xiàn)象

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

ESD 測試過程中手機軟失效的現(xiàn)象有：

1) 手機自動關(guān)機，重啟后能恢復(fù)工作;

2) 手機通話中斷;

3) 手機自動重啟;

4) 手機死機，重啟后可恢復(fù)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(xiàn)亂碼、或屏幕出現(xiàn)條紋等;

6) 觸摸屏功能或按鍵功能喪失;

7) 軟件出現(xiàn)錯誤提示，如在充電器沒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) 測試過程中通話質(zhì)量降低，聲音消失或斷續(xù)或出現(xiàn)嘯叫聲等。

ESD 導(dǎo)致手機損壞的現(xiàn)象有：

1) 自動關(guān)機后不能再次開機;

2) 由于部分器件損壞，手機的某些功能已無法恢復(fù);

3) 處于充電狀態(tài)測試時，充電器發(fā)生損壞甚至爆炸等現(xiàn)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(jié)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、專用模式，放電模式為空氣放電;失效點多集中在按鍵、接縫和LCD 顯示屏;出現(xiàn)失效現(xiàn)象頻率由高到低依次為：通話中斷;通話中斷，手機轉(zhuǎn)充電狀態(tài);手機自動重啟;死機，重啟后可恢復(fù)工作;試驗過程中充電器壞或爆炸;死機，試驗后不能恢復(fù)工作;實驗中白屏、死機、試驗后不能恢復(fù)工作等。

3 ESD 失效對策

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

1) 從結(jié)構(gòu)接地保護(hù)方面考慮，最好能實現(xiàn)多點接地，間隙要小。接地點應(yīng)盡可能地多，縮短接地線長度，結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能地密封;

2) 敏感元件遠(yuǎn)離縫隙或固定開孔;

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

5) 保持地電流遠(yuǎn)離敏感電路及有關(guān)線路;

6) 對于敏感器件，通過使用保護(hù)器件(如TVS、ESD 防護(hù)器件) 來加強保護(hù);

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，走線盡可能地短，信號線盡可能地靠近地線。

4 結(jié)束語

本文介紹了手機電磁兼容測試標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)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關(guān)鍵指標(biāo)。希望本文能對關(guān)心手機的ESD 抗擾性的生產(chǎn)廠家和設(shè)計人員有所幫助，同時也引起那些對ESD 抗擾性不太了解的生產(chǎn)廠家和設(shè)計人員的重視。