電磁干擾影響天線接收靈敏度案例分析

名詞定義（ TRP : 發(fā)射功率，TIS : 接收靈敏度）

在無線網(wǎng)絡(luò)中，射頻模塊有傳導TRP和傳導TIS兩項重要指標，而模塊裝上天線后，整機在OTA暗室中需測試TRP與TIS，在此我們將其定義為輻射TRP和輻射TIS。輻射TRP一般不會出問題，而輻射TIS容易受產(chǎn)品內(nèi)部電磁噪聲的干擾。當輻射TIS不達標時，首先要考慮傳導TIS是否達標，傳導TIS和射頻電路中的器件（如雙工器的隔離度）、各節(jié)電路的匹配等因素有關(guān)。射頻電路部分工作流程如下：

接收：天線 →匹配電路 →雙工器 →聲表濾波器(SAW) →低噪聲放大器(LNA) →混頻器

發(fā)射：天線← 匹配電路← 雙工器← 功率放大器（PA）← 混頻器

當傳導TIS達標后，我們再處理產(chǎn)品內(nèi)部的電磁干擾。電磁干擾是無處不在的，產(chǎn)品內(nèi)部工作頻率及其諧波頻率高達1G以上，當干擾頻率落在天線接收頻率范圍時，就會影響TIS。下面通過一些案例說明電磁干擾對輻射TIS的影響。

案例一：智能POS機中DDR時鐘、屏的時鐘和數(shù)據(jù)、地噪聲影響4G天線TIS。

呈現(xiàn)問題：

智能POS機中，4G天線FDD ban5/8 在OTA暗室中測試TIS值為-78dB，輻射TIS不合格(合格值為-91dBm)，而輻射TRP與模塊傳導TRP與TIS都達標。

分析問題：

傳導TRP與TIS都達標，說明模塊本身無問題；輻射 TRP達標，說明天線也沒問題，而輻射TIS僅為-78dBm, 可以判定是產(chǎn)品內(nèi)部電磁干擾影響了接收靈敏度。運用頻譜儀偵測干擾源，發(fā)現(xiàn)CPU與DDR的時鐘頻率和屏的差分時鐘、數(shù)據(jù)干擾很大（如下圖）。

解決問題：

通過軟件適當降低DDR時鐘的驅(qū)動能力，TIS值從-78dBm提升到了-80dBm, 用錫將CPU與DDR上方的屏蔽蓋周圍與PCB地良好焊接，TIS值從-80dBm提升到了-83dBm（用錫將屏蔽蓋焊死不符合量產(chǎn)，后面改板將屏蓋夾子去掉，將夾子改為金屬框，金屬框與PCB地良好焊接，然后屏蔽蓋卡進金屬框，測試TIS能達- 82dBm。）

小結(jié)：屏蔽蓋的作用一是屏蔽空間輻射，作用二是承當?shù)鼗芈?減弱共模噪聲。

焊好屏蔽蓋后，用導電布將屏排線屏蔽并兩端接地，測試TIS值能達-86dBm 。（改板后在屏的差分時鐘和數(shù)據(jù)對各串一顆90Ω的共模電感，同時將原來的屏FFC排線改為FPC排線，測試TIS能達-88dbm。

小結(jié)：下圖是90Ω共模電感的頻率特性曲線圖，90Ω指的是頻率在100MHz時的共模阻抗，共模阻抗隨著頻率的變化而變化，在800MHz-960MHz時的共模阻抗高達600Ω，所以共模電感對800MHz-960MHz的共模噪聲有很好的抑制效果；FPC排線具備屏蔽效果，同時能給信號提供地回路。

將屏后鐵板與PCB地相接的導電棉去掉，只保留天線接地位的導電棉，測試TIS能達-91dBm,最終輻射 TIS 達標。

小結(jié)：地噪聲傳播的形式是電流，電流往阻抗低的方向流動，PCB上的地噪聲會通過導電棉流向后蓋金屬，然后通過后蓋流向天線的接地位。

案例二：智能音箱中頻偏影響WIFI天線的TIS。

呈現(xiàn)問題：

智能音箱中2.4G WIFI天線 測試傳導、輻射的TRP和TIS都不達標，天線的駐波比、回波損耗等參數(shù)正常。

分析問題：

傳導TRP和TIS都不合格，說明模塊本身存在問題；通過調(diào)節(jié)各電路的匹配，TRP和TIS沒有明顯提升，通過頻譜儀查看發(fā)射頻率，發(fā)現(xiàn)其頻率偏移，頻偏問題首先考慮晶振，因為晶振基準頻率誤差大，就會造成本地振蕩信號頻偏，本地振蕩信號是合成發(fā)射和接收頻率的一部分。

解決問題：

如下圖，通過調(diào)節(jié)晶振兩邊的匹配電容CG和CD，最后取值10pF, 使發(fā)射和接收頻率都在標準范圍內(nèi)，最終測試TRP和TIS合格。

**小結(jié)：負載電容是晶振產(chǎn)生基準頻率的一個參數(shù)，負載電容包含了CG、CD和走線寄生電容以及芯片端等效電容 ，走線寄生電容和芯片端等效電容不好把控，所以需要外圍 CG、CD去調(diào)節(jié)。 **

案例三：行程記錄儀中 DC-DC 和攝像頭的噪聲影響GPS天線的接收靈敏度

呈現(xiàn)問題：

行程記錄儀中GPS天線測試輻射TIS不達標，而TRP與傳導TIS都滿足要求。天線的駐波比、回波損耗等參數(shù)正常，這樣基本可以判定是產(chǎn)品內(nèi)部電磁干擾影響了接收靈敏度。

分析問題：

運用頻譜儀偵測干擾源，發(fā)現(xiàn)背光的DC-DC輸出的紋波噪聲和攝像頭時鐘的諧波干擾很大，實驗的過程中，調(diào)節(jié)頻的亮度和關(guān)閉攝像頭，搜星數(shù)和星值都有提升，確定了背光和攝像頭的噪聲干擾了GPS天線的TIS。

解決問題：

1.如下圖，分別在MCLK和PCLK線上串120Ω磁珠，MCLK的磁珠靠近芯片端，PCLK線上的磁珠串在攝像頭端，搜星數(shù)和星值有一定的提升。

小結(jié)：磁珠放置的位置是靠近源端，這樣就減弱了中間部分走線的輻射和耦合干擾。MCLK由芯片給出，而PCLK由攝像頭發(fā)出。

如下圖，DC-DC輸出端增加一顆10pF的電容，然后在電容后串120Ω的磁珠濾除紋波，最后GPS搜星數(shù)和星值達標。

小結(jié)：通過計算，10pF左右的電容濾除1.575GHz的頻率效過最佳，而磁珠的大小和放置的位置會影響DC-DC的轉(zhuǎn)換效率，磁珠一般放置在電容之后。

總結(jié)：產(chǎn)品內(nèi)部常見的電磁干擾有DDR、屏、攝像頭等時鐘的諧波噪聲和DC-DC紋波噪聲、地噪聲等。PCB設(shè)計初期需考慮EMC設(shè)計，布好局、布好線，高頻信號線設(shè)計串共模電感或磁珠的位置，電壓線設(shè)計串磁珠和并電容位置等等，避免再次改板，縮短研發(fā)周期。

審核編輯：湯梓紅