电磁干扰影响天线接收灵敏度案例分析

名词定义（ TRP : 发射功率，TIS : 接收灵敏度）

在无线网络中，射频模块有传导TRP和传导TIS两项重要指标，而模块装上天线后，整机在OTA暗室中需测试TRP与TIS，在此我们将其定义为辐射TRP和辐射TIS。辐射TRP一般不会出问题，而辐射TIS容易受产品内部电磁噪声的干扰。当辐射TIS不达标时，首先要考虑传导TIS是否达标，传导TIS和射频电路中的器件（如双工器的隔离度）、各节电路的匹配等因素有关。射频电路部分工作流程如下：

接收：天线 →匹配电路 →双工器 →声表滤波器(SAW) →低噪声放大器(LNA) →混频器

发射：天线← 匹配电路← 双工器← 功率放大器（PA）← 混频器

当传导TIS达标后，我们再处理产品内部的电磁干扰。电磁干扰是无处不在的，产品内部工作频率及其谐波频率高达1G以上，当干扰频率落在天线接收频率范围时，就会影响TIS。下面通过一些案例说明电磁干扰对辐射TIS的影响。

案例一：智能POS机中DDR时钟、屏的时钟和数据、地噪声影响4G天线TIS。

呈现问题：

智能POS机中，4G天线FDD ban5/8 在OTA暗室中测试TIS值为-78dB，辐射TIS不合格(合格值为-91dBm)，而辐射TRP与模块传导TRP与TIS都达标。

分析问题：

传导TRP与TIS都达标，说明模块本身无问题；辐射 TRP达标，说明天线也没问题，而辐射TIS仅为-78dBm, 可以判定是产品内部电磁干扰影响了接收灵敏度。运用频谱仪侦测干扰源，发现CPU与DDR的时钟频率和屏的差分时钟、数据干扰很大（如下图）。

解决问题：

通过软件适当降低DDR时钟的驱动能力，TIS值从-78dBm提升到了-80dBm, 用锡将CPU与DDR上方的屏蔽盖周围与PCB地良好焊接，TIS值从-80dBm提升到了-83dBm（用锡将屏蔽盖焊死不符合量产，后面改板将屏盖夹子去掉，将夹子改为金属框，金属框与PCB地良好焊接，然后屏蔽盖卡进金属框，测试TIS能达- 82dBm。）

小结：屏蔽盖的作用一是屏蔽空间辐射，作用二是承当地回路,减弱共模噪声。

焊好屏蔽盖后，用导电布将屏排线屏蔽并两端接地，测试TIS值能达-86dBm 。（改板后在屏的差分时钟和数据对各串一颗90Ω的共模电感，同时将原来的屏FFC排线改为FPC排线，测试TIS能达-88dbm。

小结：下图是90Ω共模电感的频率特性曲线图，90Ω指的是频率在100MHz时的共模阻抗，共模阻抗随着频率的变化而变化，在800MHz-960MHz时的共模阻抗高达600Ω，所以共模电感对800MHz-960MHz的共模噪声有很好的抑制效果；FPC排线具备屏蔽效果，同时能给信号提供地回路。

将屏后铁板与PCB地相接的导电棉去掉，只保留天线接地位的导电棉，测试TIS能达-91dBm,最终辐射 TIS 达标。

小结：地噪声传播的形式是电流，电流往阻抗低的方向流动，PCB上的地噪声会通过导电棉流向后盖金属，然后通过后盖流向天线的接地位。

案例二：智能音箱中频偏影响WIFI天线的TIS。

呈现问题：

智能音箱中2.4G WIFI天线 测试传导、辐射的TRP和TIS都不达标，天线的驻波比、回波损耗等参数正常。

分析问题：

传导TRP和TIS都不合格，说明模块本身存在问题；通过调节各电路的匹配，TRP和TIS没有明显提升，通过频谱仪查看发射频率，发现其频率偏移，频偏问题首先考虑晶振，因为晶振基准频率误差大，就会造成本地振荡信号频偏，本地振荡信号是合成发射和接收频率的一部分。

解决问题：

如下图，通过调节晶振两边的匹配电容CG和CD，最后取值10pF, 使发射和接收频率都在标准范围内，最终测试TRP和TIS合格。

**小结：负载电容是晶振产生基准频率的一个参数，负载电容包含了CG、CD和走线寄生电容以及芯片端等效电容 ，走线寄生电容和芯片端等效电容不好把控，所以需要外围 CG、CD去调节。 **

案例三：行程记录仪中 DC-DC 和摄像头的噪声影响GPS天线的接收灵敏度

呈现问题：

行程记录仪中GPS天线测试辐射TIS不达标，而TRP与传导TIS都满足要求。天线的驻波比、回波损耗等参数正常，这样基本可以判定是产品内部电磁干扰影响了接收灵敏度。

分析问题：

运用频谱仪侦测干扰源，发现背光的DC-DC输出的纹波噪声和摄像头时钟的谐波干扰很大，实验的过程中，调节频的亮度和关闭摄像头，搜星数和星值都有提升，确定了背光和摄像头的噪声干扰了GPS天线的TIS。

解决问题：

1.如下图，分别在MCLK和PCLK线上串120Ω磁珠，MCLK的磁珠靠近芯片端，PCLK线上的磁珠串在摄像头端，搜星数和星值有一定的提升。

小结：磁珠放置的位置是靠近源端，这样就减弱了中间部分走线的辐射和耦合干扰。MCLK由芯片给出，而PCLK由摄像头发出。

如下图，DC-DC输出端增加一颗10pF的电容，然后在电容后串120Ω的磁珠滤除纹波，最后GPS搜星数和星值达标。

小结：通过计算，10pF左右的电容滤除1.575GHz的频率效过最佳，而磁珠的大小和放置的位置会影响DC-DC的转换效率，磁珠一般放置在电容之后。

总结：产品内部常见的电磁干扰有DDR、屏、摄像头等时钟的谐波噪声和DC-DC纹波噪声、地噪声等。PCB设计初期需考虑EMC设计，布好局、布好线，高频信号线设计串共模电感或磁珠的位置，电压线设计串磁珠和并电容位置等等，避免再次改板，缩短研发周期。

审核编辑：汤梓红