手機(jī)靜電放電抗擾度影響

1 引言

手機(jī)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(jī)的電磁兼容性能，解決手機(jī)的電磁兼容問題，使得手機(jī)的電磁兼容測試顯得越來越重要。本文介紹了手機(jī)靜電放電測試的要求和方法， 總結(jié)分析了手機(jī)靜電放電抗擾度試驗(yàn)的主要失效現(xiàn)象和模式， 可供手機(jī)靜電放電抗擾度試驗(yàn)及提高手機(jī)抗靜電能力設(shè)計(jì)時參考。

2 手機(jī)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(jī)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(jī)進(jìn)行電磁兼容測試，出現(xiàn)問題的主要項(xiàng)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(jī)的靜電放電抗擾度試驗(yàn)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(xiàng)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(jī)的ESD 抗擾性已成為產(chǎn)品的主要指標(biāo)之一。

手機(jī)ESD 測試實(shí)驗(yàn)布置如圖1 所示。

2.1 手機(jī)工作狀態(tài)

手機(jī)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(jī)狀態(tài))。

a) 專用模式

被測手機(jī)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。基站模擬器命令被測手機(jī)工作在最大的輸出功率電平下。手機(jī)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(yàn)。

當(dāng)要求被測手機(jī)處于專用模式時，應(yīng)滿足下列條件：

1) 被測手機(jī)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(jī)的音量設(shè)成額定音量或中等音量);

4) 被測手機(jī)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(jī)上行語音信道輸出的譯碼后的信號電平(使被測手機(jī)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(jī)與基站模擬器通過空間鏈路連接，BCCH 信道激活，被測手機(jī)與基站模擬器保持同步，處于待機(jī)狀態(tài)，手機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)是否維持通信連接。整個加擾過程結(jié)束后，觀察被測手機(jī)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(jī)是否誤操作，試驗(yàn)結(jié)束后，觀察被測手機(jī)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(yàn)點(diǎn)和試驗(yàn)條件見表1。

表1 手機(jī)ESD 試驗(yàn)點(diǎn)和試驗(yàn)條件

2.3 ESD 測試導(dǎo)致手機(jī)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(jī)損壞;另一種是軟失效，即測試結(jié)束后或重新啟動手機(jī)后失效的功能可以恢復(fù)。

ESD 測試過程中手機(jī)軟失效的現(xiàn)象有：

1) 手機(jī)自動關(guān)機(jī)，重啟后能恢復(fù)工作;

2) 手機(jī)通話中斷;

3) 手機(jī)自動重啟;

4) 手機(jī)死機(jī)，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(jī)損壞的現(xiàn)象有：

1) 自動關(guān)機(jī)后不能再次開機(jī);

2) 由于部分器件損壞，手機(jī)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(yàn)了213 批次手機(jī)，其中ESD 試驗(yàn)不合格的有41 批次，不合格比例為19.2 %。試驗(yàn)結(jié)果表明，ESD 抗擾性是電磁兼容測試主要不合格項(xiàng)目之一。試驗(yàn)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(diǎn)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(jī)轉(zhuǎn)充電狀態(tài);手機(jī)自動重啟;死機(jī)，重啟后可恢復(fù)工作;試驗(yàn)過程中充電器壞或爆炸;死機(jī)，試驗(yàn)后不能恢復(fù)工作;實(shí)驗(yàn)中白屏、死機(jī)、試驗(yàn)后不能恢復(fù)工作等。

3 ESD 失效對策

手機(jī)ESD 試驗(yàn)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(jī)抗靜電設(shè)計(jì)密切相關(guān)，為了提高手機(jī)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(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接地，間隙要小。接地點(diǎn)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(qiáng)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(jī)電磁兼容測試標(biāo)準(zhǔn)及手機(jī)ESD 測試要求、方法和手機(jī)ESD 抗擾度試驗(yàn)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(jī)合格的一個關(guān)鍵指標(biāo)。希望本文能對關(guān)心手機(jī)的ESD 抗擾性的生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)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(jì)人員的重視。