东南大学
硕士学位论文
手持导航仪的EMC设计姓名：孙强
申请学位级别：硕士专业：软件工程
指导教师：胡晨;刁龙
20080522
捅晏
在嵌入式系统中，电路的时钟频率不断提高，印制板（ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕＲＢｏａｒｄ，ＰＣＢ）的面积不断减小，芯片（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ，ＩＣ）布局及其布线也变得越来越密集，电磁兼容设计作为一项重要的设计技术受
到了嵌入式硬件设计工程师越来越多的关注。对于手持设备来说，电磁兼容（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ，
ＥＭＣ）设计的重点在于电磁干扰（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ＥＭＩ）控制。近几年来，手持导航仪产品
市场发展迅速。在手持导航仪（ＰｏｒｔａｂｌｅＮａｖｉｇｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ，ＰＮＤ）中，机内严重的ＥＭＩ干扰不仅会污染了
周边的电磁环境，还会直接影响全球定位系统（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，ＧＰＳ）信号接收灵敏度，使得产品
不能正常工作。ＰＮＤ中的ＥＭＣ设计尤其重要。对于设计公司来说效率就是生命。减少样机整改循环次数，
加快产品上市速度，降低产品开发成本成为ＰＮＤ产品ＥＭＣ设计的重要要求。
本文通过对电磁兼容标准及ＧＰＳ接收机标准的研究，提出了ＰＮＤ产品ＥＭＣ工程设计的技术要求和试验方法。为实现ＰＮＤ产品ＥＭＣ设计要求，本文从ＥＭＩ产生的三要素（干扰源、干扰路径、受感体）对
ＰＮＤ中的ＥＭＩ问题进行了分析讨论，并针对ＥＭＩ产生的各问题点提出了相应的设计方法和处理措施。在
ＥＭＣ设计方法中，屏蔽措施是一项重要的ＥＭＩ控制手段，使用铁或铜材料做成的屏蔽壳、喷镀的屏蔽层
可以有效地实现电磁屏蔽。合理地利用软件仿真技术可以大幅提高产品ＥＭＣ设计效率，减少设计成本。
通过对电路仿真及电磁场仿真软件的分析，本文提出组合使用几种主流电子设计自动化（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｓｉｇｎ
Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＥＤＡ）软件的ＥＭＣ设计方法。工程设计的工作重点在于理论实践。为更好的应用ＥＭＣ设计
技术，更有效的进行产品设计的过程控制，本文提出ＰＮＤ产品的ＥＭＣ设计流程，该流程将产品的ＥＭＣ
设计技术划分为结构的ＥＭＣ设计、原理图的ＥＭＣ设计、ＰＣＢ的ＥＭＣ设计和仿真等三个主要过程。文中
指出各过程中的ＥＭＣ设计要点，以各过程的阶段化控制确保了产品最终的ＥＭＣ性能，减少了产品设计的
更改周期。作为ＥＭＣ设计技术的重要组成部分，产品的ＥＭｌ分析定位和设计整改技术也非常关键。当近
场扫描法被广泛应用于ＥＭＩ干扰源和干扰路径分析定位时，探测工具和扫描手段变得至关重要。本文使用
高增益低噪声的ＧＰＳ有源天线扫描解决了通用探头高频（ＧＰＳ频段）引入噪声太大、灵敏度不足的问题，
使用５０ｔ）输出阻抗１０倍衰减的电压探头将干扰源定位到某根走线或引脚，提高了通用扫描法的定位分辨
率。在针对ＥＭＩ问题改进时，以抑制噪声源为主，配合使用屏蔽围堵措施；措施实施时首选选用器件更改、
电路微调及软件改进等简单低成本的措施：对于无法使用简单整改处理的产品，需通过试验，明确改进措
施效果之后，再重新进行产品设计。
本文描述的ＥＭＣ设计技术、分析方法及相应流程，在ＰＮＤ产品的设计中得到了推广和应用，并取得了良好的效果。由于ＰＮＤ是一个典型的嵌入式系统，本文提出的ＥＭＣ设计方法和流程，还可以推广并应
用到其他嵌入式系统，尤其是集成现代通讯技术的信息终端产品的ＥＭＣ设计中。本文给出其他产品中应
用时的一些思路及注意要点。同时，作为ＰＮＤ产品的ＥＭＣ设计技术综述性的论文，本文研究的相关设计
技术还不够深刻，其中一些技术点还可以进行深入研究。
关键词：
手持导航仪：眦设计；电磁干扰；干扰源：受感体；干扰路径：信号完整性；仿真
铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/
东南大学学位论文独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表
或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过
的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并
表示了谢意。
研究生签名：
东南大学学位论文使用授权声明
东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内
容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅．可
以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研
究生院办理。
研究生签名：亟！马导师签名：韭ｖ－Ｖ＇Ｌ日期：笪生铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/
东南大学硕士论文
工程师的意见进行设计更改，重新进行设计；设计更改后的样品再经ＥＭＣ验证，合格后转入正式生产，如
不能通过相关测试还需重新更改设计。有时，由于一些设计措施无法用于批量生产，还需要对产品重新进
行ＥＭＩ工程化设计。这种将产品设计和ＥＭｃ设计割裂开的流程，是一种消极ＥＭＩ防治方法。对整个组织而
言，这种防治方法也很难形成ＥＭｃ设计经验积累，整体的ＥＭＣ设计水平也很难提高。
图ｌ—ｌ２００６．２０１２年全球汽车导航市场出货量（千台）预测
１＿２论文的主要内容
本文通过对ＰＮＤ的研究，提出一套ＰｈｉＤ产品适用的ＥＭＣ设计方法和手段，提高了产品的ＥＭＣ设计效率。
文中全面描述了ＰＮＤ设计中涉及到的ＥＭＣ设计技术，重点阐述ＴＥＭＩ－一要素、屏蔽技术、软件仿真、ＥＭＩ
流程化设计及ＥＭＩ定位和整改等内容。
本文通过对国际ＥＭＣ标准组织的相关标准以及ＰＮＤ的产品ＧＰＳ性能要求的分析，引出ＰＮＤ产品工程化的ＥＭＩｌｙ试标准，对其评估方法和测试手段进行了详细的描述，提出了ＰＮＤ产品ＥＭＣ设计的技术目标。
根据ＰＮＤ产品ＥＭＣ设计目标的要求，本文对ＰＮＤ中产生的ＥＭＩ及相关控制技术进行理论分析，对ＰＮＤ中ＥＭＩ产生的三要素——千扰源、干扰路径、受感体独立进行了分析。在ＰＮＤｑｊ。ＧＰＳ电路是敏感的受感
体，虽然ＧＰＳ系统使用了码分多址（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃ８ｓ，ＣＤＭＡ）调制解调方法以增强抗扰能力，
但其中的高灵敏度电路还是极易受到外界信号干扰，尤其是ＧＰｓ频带内的干扰。在ＰＮＤ中，密集的走线使
得产品内部存在着丰富的传导和辐射干扰路径，认清干扰路径不仅方便我们找到干扰源，还为产品设计时
控带ｉＪＥＭＩ传播提供了方向。在ＥＭＣ设计技术中，抑制干扰源是最直接有效的方法，ＰＮＤｑ，的电源、高速数
据总线、时钟晶振、耦合串扰以及信号不完整设计等问题都是机内强烈的ＥＭＩ干扰源。在所有ＥＭＣ设计措
施中，最常被使用的是屏蔽技术。通过对近场辐射特性及屏蔽效能的分析，我们还发现使用缝隙尺寸不大
于ｏ．０１，ｔ的铁或铜的屏蔽壳体可以对ＰＮＤ中的ＥＭＩ辐射起到良好的屏蔽作用。合理运用ＥＭＩ仿真软件，可以
加倍提高设计效率。为全面真实的仿真产品中ＥＭＩ，快速的设计出良好的射频电路，通过调研和试验．本
文提出使用ＡＤＳ、Ｈｙｌｍｒｌ２ｍｘ、ＨＦＳＳ组合使用的软件辅助设计方法。
为切实落实ＥＭＣ设计，针对工程应用中设计高效率的要求本文提出了ＥＭｃ设计流程，以流程化、阶段过程控制实现产品ＥＭＩ控制，从而确保产品样机设计的一次成功率，加快产品上市周期。本文论及的ＥＭＣ
设计流程是在产品方案大框架确定后的详细设计。这时，ＥＭＣ设计以一定的功能和成本要求为前提，设计
流程被划分为结构设计、原理图设计、ＰＣＢ设计和仿真等三个阶段。结构的ＥＭｃ设计论述中，描述了典型
２
铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/
第二章ＰＮＤ产品ＥＭＣ设计要求
第二章ＰＮＤ产品ＥＭＣ设计要求
２．１前言
在当今世界，电子电气产品层出不穷，对于电子设备的ＥＭＣ要求也越来越高。目前．很多国家和地区都成立了相应的ＥＭＣ管理委员会，制定并出版了相关标准，并且颁布相应法律法规，严格规定该区域内生
产销售的电子电气产品必须满足这些标准要求。
ＰＮＤ产品作为最新发展的便携式电子设备，与一般手持设各（如手机、便携式ＤＶＤ）相比。其计算能力更强，时钟速度更高，内部电路更密集，整机ＥＭＣ设计面临着更大的挑战。
目前，ＰＮＤ产品已由外置天线发展到内置ＧＰＳ陶瓷天线（Ｐａｔｃｈ），且天线尺寸越来越小，整机ＧＰＳ灵敏度设计越来越困难。同时，由于ＧＰＳ信号到达地面的强度非常低（最强．１３０ｄＢｍ左右，一般一１５０ｄＢｍ左右），
整机接收性能极易受到ＥＭＩ影响。
对于ＰＮＤ整机的ＥＭＣ设计者来说，设计出来的产品不仅要防止其对外界的ＥＭＩ干扰问题，还需要关注其ＧＰＳ部分的抗扰问题。在ＰＮＤ整机设计时，ＧＰＳ信号灵敏度设计是难点，设计时必须处理好机内ＥＭＩ干
扰对ＧＰＳ信号的影响。在电磁兼容领域，一般把机内干扰问题称为“系统内电磁兼容问题”。
２．２ＰＮＤ中ＥＭＣ设计要求
２．２１电磁兼容标准发展历史简介
电磁兼容在ＩＥＣ６００５０（１６１）《电磁兼容术语》中的定义为“设各或者系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受电磁骚扰的能力”，电磁干扰（ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，
ＥＭＩ）被定义为“电磁骚扰引起的设备，传输通道或系统性能的下降”。在ＩＥＣ６００５０（１６１）《电磁兼容术
语》中，将骚扰（Ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）和干扰（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）的概念区分开来。电磁骚扰仅仅是电磁现象，即客
观存在的一种物理现象，它可能会造成某种影响，但是不一定会形成后果。而电磁干扰是电磁骚扰引起的
后果。
从２０世纪２０年代开始，电磁干扰开始被认定为电子电气产品的一个重要问题。１９３４年，国际电工委员会（ＩＥＣ，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｅｔｒｏｔｅｅｈｎｉｅａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）在日内瓦成立了无线电干扰特别委员会（ＣＩＳＰＲ，Ｃｏｍｉｔｅ
ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｐｅｃｉａｌｄｅｓＰｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓＲａｄｉｏｅｌｅｅｔｒｉｑｕｅｓ）。该委员会专门研究无线电干扰问题，制定有关标准．
旨在保护广播接收效果“１。
第二次世界大战对电子行业了解并控制无线电噪声产生了一定的影响。由于军事部门对使用电信和雷达设备的极大兴趣，可靠测量电磁干扰的仪器和标准有了很大的发展。
二次世界大战后，美国ＦＣＣ（ｔｈｅＦｅｄｅｒａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎ，联邦通信委员会）仿效德国ＶＤＥ（ＶｅｒｂａｎｄＤｅｕｔｓｃｈｅｒＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｋｅｒ，德国电气工程师协会）根据军方要求发布了一系列ＥＭＣ规范。随着
工业和商业应用领域内的电子电气产品发展，ＦＣＣ相继出台了多项适用于工业和商业的电磁兼容标准。而
后，许多国家或地区也仿照ＦＣＣ和ＶＤＥ建立了自己的电子电气产品ＥＭｃ标准组织，发布相应法律法规，控
制其区域内存在或可能存在的电子电气产品ＥＭＩｆ司题。
近几年来，电子电气工程领域飞跃发展，随着无线通信应用的增加，为合理使用无线频段，ＥＭＣ标准
４
铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/
第二章ＰＮＤ产品ＥＭＣ设计要求
准。
１）基础的ＥＭＣ标准
基础的ＥＭＣ标准（ＢａｓｉｃＥＭＣｓｔａｎｄａｒｄｓ）规定达到ＥＭＣ的一般和基本的条件和规则，它们与涉及的ＥＭＣ问题的所有的产品、系统或者设施有关，可适用于所有产品，但不规定产品的发射限值或抗扰度判
定准则。它们是制定其他ＥＭＣ标准（如通用标准或产品标准）的基础或引用文件。
基础标准涉及的内容为：术语，电磁现象的描述，兼容性电平的规范，骚扰发射限值的总要求．测量，试验技术和方法（包括测试设备、辅助设备、基本配置、测量场所等），试验等级、环境的描述和分类（包
括环境的范围和戚兼容性电平，它们是构成发射限值或抗扰度的重要基础）等。
２）通用的ＥＭＣ标准
通用的ＥＭＣ标准（ＧｅｎｅｒｉｃＥＭＣｓｔａｎｄａｒｄｓ）是关于特定环境下的ＥＭＣ标准。它规定了一组最低的基本要求和测量／试验程序．可应用于特定的环境下工作的所有产品或者系统。无适用的系列产品标准或者专
用产品标准的产品，可应用通用ＥＭＣ标准。
通用的ＥＭＣ标准根据环境分为两大类：居住、商业和轻工业环境，工业标准。
在制定和使用通用的ＥＭＣ标准时要注意一下几点：
?通用ＥＭＣ标准必须参考基础ＥＭＣ标准。
?通用ＥＭＣ标准包含有关产品测试的ＥＭＣ发射（限值）和抗扰度（性能判定）要求及相应的测量／
试验方法。
?通用ＥＭＣ标准仅规定了有限的几项要求和测量，试验方法，以便达到最佳的技术／经济效果。但这并不妨碍要求产品设计成具有特定环境下对各种电磁骚扰都能正常工作的性能。
３）产品的ＥＭＣ标准
产品的ＥＭＣ标准（ＰｒｏｄｕｃｔＥＭＣｓｔａｎｄａｒｄｓ）根据适用于产品的范围的大小和产品的特性又可进一步被分为系列产品（或产品类）ＥＭＣ标准和专用产品ＥＭＣ标准。
?系列产品ＥＭＣ标准（ＰｒｏｄｕＧｔ－ｆａｍｉｌｙＥＭＣｓｔａｎｄａｒｄｓ）
针对特定的产品类别规定了专门的ＥＭＣ（发射和抗扰度）的要求、限值和测量试验程序。产品类标准比通用标准包含了更多的特殊性和详细的性能要求，以及产品运行条件等．产品类别的范围可宽可窄。系
列产品ＥＭＣ标准应采用基础ＥＭＣ标准规定的测量，试验方法，其测试与限值或者性能判定准则（也称“性
能判据”）必须与通用ＥＭＣ标准相协调。系列产品ＥＭＣ标准应比通用ＥＭＣ标准更优先采用。
系列产品标准比通用标准要包括更专门和更详细的性能判定准则。产品类别中包括不同功能的产品，但它们具有某些共同的一般特性，由于类别的定义不同，有时可能不能精确地划分出产品类别和专用产品
的界限。
?专用产品ＥＭＣ标准（ＤｃｄｉｃａｔｅｄＰｒｏｄｕｃｔＥＭＣｓｔａｎｄａｒｄｓ）
专用产品ＥＭＣ标准是关于特定产品、系统或设施制定的ＥＭＣ标准，根据这些产品特性必须考虑一些专门的条件，它们采用的规则和系列产品ＥＭＣ标准相同。专用产品ＥＭＣ标准应比系列产品ＥＭＣ标准优
先采用。
６
铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/
第二章ＰＮＤ产品ＥＭＣ设计要求
论的准确性。
表２－２３米法ＥＭＩ测试ＱＰ限值要求
标准ｃＩＳＰＲ２２ＣｌａｓｓＢＦＣＣＰａｒｔｌ５ＣｌａｓｓＢ
３米法４０ｄＢｍＶ／Ｉｎ４７ｄＢｍＶ／ｍ４０ｄＢｍＶ／ｍ４３．５ｄＢｍＶ／ｍ４６ｄＢｍＶ／ｍ５４ｄＢｌｌｌ、？№
１０米法３０ｄＢｍＶ／ｍ３７ｄＢｍＶ／ｍ３０ｄＢｍＮ‰３３．５ｄＢｍＶ／ｍ３６ｄＢｍＶ，ｍ“ｄＢｍＶ／Ｉｎ
频率范围３０—２３０ＭＨｚ２３０－１０００ＭＨｚ３０＿８８ＭＨｚ８８－２１６ＭＨｚ２１６．９６０ＭＨｚ９６０．１０００ＭＨｚ
２．３ＰＮＤ产品ＥＭＣ工程设计面临的挑战
当前的科学研究和工程实践，在ＥＭＣ设计领域已经形成丰富的经验积累。从１９９４年发布首篇ＥＭＩ抑制论文以来【７１，电路ＥＭＩ研究的论著不断发表。这些论著，或从信号完整性、电源、接地、屏蔽等各点
入手”１，或对噪声源、抑制技术等不同方面【９Ｊ，或从芯片应用的专业角度Ｉ”】１１１Ｉ，或从ＥＭＩ测试调试的技术
研究出发【ｌ”，对ＥＭＣ防治提出了详细的分析，给出了各种措施和建议。而且随着产品性能要求的提高，
通讯性能增强，电路的ＥＭＣ设计研究已经从电路级发展到芯片级【ｌＳｌ。
表２－３ＰＮＤ的ＧＰＳ灵敏度测试标准
测试项目室内ＧＰＳ单星接收性能室外多星接收性能（场测）
测试条件一１００ｄＢｍ，喇叭口天线，测试距离２０ｃｍ晴天，开阔地
要求４６ｄＢ／Ｈｚ以上，轴比小于４ｄＢ大于４６ｄＢ／Ｈｚ一颗以上，
大于４０ｄＢ／Ｈｚ四颗以上
图２．１室内测试示意图
这些ＥＭＣ方面的技术论著给我们ＥＭＣ设计和问题分析提供了很大的帮助。但是，这些理论是分散的、独立的，一个项目往往需要很多设计人员的参与。ＰＣＢ工程师与电路、结构工程师，项目经理与设计工程
师，他们着眼点不同，对ＥＭｌ理解也不一样，这就需要这个项目组有一个统一的ＥＭＣ设计思路。扩大到
一个部门一个公司，就需在一类产品设计时形成一个普遍适用又利于具体实施的ＥＭＣ设计方法。
同时，ＰＮＤ作为一个信息电子产品，其主要功能一ＯＰＳ接收是一项很新的技术，对其灵敏度的设计关系到天线、模块、ＬＮＡ以及机内机外的干扰等各项技术，这方面的ＥＭＣ设计技术资料目前还比较少。
８
铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/
第三章ＰＮＤ整机中的ＥＭＩ及设计技术分析
第三章ＰＮＤ整机中的ＥＭＩ及设计技术分析
３．１前言
ＰＮＤ产品是一个复杂的嵌入式系统，产品内部器件密集，ＥＭＣ设计难度很大。一个ＥＭＩ问题的发生必定存在干扰源、干扰路径及受感体等三个要素，对于ＰＮＤ设计中的ＥＭＩ防治来说，我们所用的处理
措施都是针对前两者。针对这两个问题的处理我们分别称为抑制和围堵：抑制——即消除干扰源，它是最
积极有效的一种ＥＭＣ设计方法；而对于难以避免的干扰则使用围堵方法。
本章首先从ＥＭＩ产生的三个要素入手讨论了ＰＮＤ可能存在的ＥＭＩ问题，并就这些问题提出处理的一般措施。本章还对主要的围堵技术——屏蔽进行了理论分析。
目前专业用于ＥＭＩ仿真的软件还比较少，本章通过对电路和电磁场的仿真软件的调研，提出ＰＮＤ中ＥＭＩ仿真方法。通过综合使用各种ＥＤＡ工具对产品设计中的ＥＭＩ问题进行仿真预测，可减少产品设计周
期和试验成本。
３．２ＰＮＤ产品中存在的ＥＭＩ及相关处理方法
３．２．１ＰＮＤ产品基本构架
ＰＮＤ产品的主机一般由主板、外壳、电池、喇叭、ＬＣＤ、内置天线等组件组成。ＰＮＤ产品的电子配件有：耳机、充电器、数据线，ＳＤ卡等。
根据产品发展，ＰＮＤ主机外形越来越小，ＬＣＤ分辨率越来越高。ＰＮＤ的外壳一般由工程塑料注塑而成，有时厂家为提高产品档次也使用部分金属。ＰＮＤ主板是核心部件，其上集成的功能也越来越多：
Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ／ＦＭ收发，ＴＭＣ／Ｘ容量Ｆｌａｓｈ等等。主机中的键盘、喇叭、电池、内置天线、ＬＣＤ等都安装在主
板上，典型的主板结构如图３—１。
ＰＮＤ产品配件也发展迅速，配件所使用的ｓＤ卡由低速卡（３ＭＢｐｓ的读写速度）发展成高速卡（９ＭＢｐｓ以上的读写速度）；数据线也由原来的ＵＳＢＩ．１（最高速度１５０Ｋｂｐｓ）发展到ＵＳＢ２．０ＦｕｌｌＳｐｅｅｄ（最高速度
１２Ｍｂｐｓ），有的甚至是ＵＳＢ２．０ＨｉｇｈＳｐｅｅｄ（最高速度４８０Ｍｂｐｓ）。
图３－１ＰＮＤ产品主板的典型结构
一个ＰＮＤ产品典型的电路拓扑结构如图３－２，它主要由以下几个子系统组成：
１）ＧＰＳ信号接收前端（ＦｒｏｎｔＥｎｄ）
ＧＰＳ卫星发射的１．５７５ＧＩ－Ｉｚ的Ｌｌ波段信号（最多２４个卫星信号）被天线（一般为内置Ｐａｔｃｈ）接收后．经过ＬＮＡ（ＬｏｗＮｏｉｓｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ，低噪声放大器）放大、ＳＡＷ（ＳｍｆａｅｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ，声表表面波）滤波
１０
铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/
东南丈学硕士论文
器滤波，最后送入前端处理芯片进行混频、放大、下变频至中频（ＩＦ
（ＡＤＣ）．在经过相关器处理计算后输出至基带处理器。
图３．２ＰＮＤ电路拓扑结构
２）基带（ＢａｓｅＢａｎｄ）处理器
基带处理器对ＧＰＳ前端输入的ＧＰＳ数据进行运算处理，并由相关的应用程序通过用户界面向用户显示位置信息。ＰＮＤ中基带处理器还负责数据交换和存储，运行和计算其他应用程序，如多媒体、文字处理等。目前的ＰＮＤ中使用的主流基带处理器一般都是嵌入式ＣＰＵ，应用量最大的是ＡＲＭ构架的芯片，芯片主频一般在３００ＭＨｚ以上，有时为处理大量的媒体流数据最高主频可以达到６００ＭＨｚ。
３）存储器系统
处理器在内存（ＲＡＭ）中运行相关应用程序为高速处理大量数据，目前使用的内存接口都达１００ＭＨｚ。系统镜像、应用程序及永久性数据被存放在ＦＬＡＳＨ、ＲＯＭ或外扩存储卡上。
４）用户接口
用户通过用户接口与ＰＮＤ交互信息，如使用耳机听音乐，以触摸或键盘操作ＰＮＤ，通过麦克风录音等等。
５）信息交互接口
作为信息终端的ＰＮＤ一般拥有很多无线和有线的连接，如蓝牙、ＷｉＦｉ、ＦＭ／ＴＭＣ、ＵＳＢ、串口等６）电源转换系统
外接电源或电池电压通过电源转换系统向系统备部分供电，电源系统也负责外接电源对电池的充电管理。
随着产品体积越来越小，功能集成度越来越高，主时钟和外设速度越来越快，ＰＮＤ中产生的ＥＭＩ问题也变得越来越严重。
３．２．２ＰＮＤ中的ＥＭＩ问题
一个ＥＭＩ问题的发生必定存在以下三要素【１４１：
?干扰噪声发生源头，即干扰源。
在ＰＮＤ中，存在高速的ＣＰＵ／Ｍｅｍｏｒｙ芯片、ＣＰＵ与Ｍｅｍｏｒｙ间高速的总线连线（地址、数据、时钟总线）、高频的ＤＣ－ＤＣ转换电路，射频电路，晶振等都是潜在的干扰源。除此之外，过长的高速数据走线，不正确的接地方式，不良去藕的电源也会变成很强的干扰源。
?干扰发生时的受害体。它们一般为敏感部件，也被称为受感体。
．１１
第三章ＰＮＤ整机中的ＥＭｌ及设计技术分析
在ＰＮＤ发生的ＥＭＩ问题中．当产生的是对外界的干扰时，外界接收天线或其他电子产品即为受感体，当因内在或外在干扰引起ＰＮＤ内部器件、部件性能下降或功能失效时，这些受影响的内部器件即为受感
体，ＰＮＤ中的ＧＰＳ天线和模块很容易成为干扰的受感体。
?干扰发生所借助的途径，即耦合路径，也被称为干扰路径。
耦合路径就是干扰噪声借助来传给受感体的一种途径。耦合路径可以是～条线，也可匕ｌ是一个元件，有时可能就是空间的电磁辐射。
研究一个具体ＥＭＩ问题必须首先分析清楚ＥＭＩ问题产生的三个要素。
１）受感体
我们在分析ＥＭＩ干扰时，需要首先确定受感体，然后，通过噪声可能存在的传播路径查找干扰源。一般来说，在一个ＥＭ！问题中，受感体比较容易确定。
在ＥＭＣ标准规定的ＥＭ［测试实验中，受感体是我们人为放置的接收天线，它被用来代替实际ＥＭＩ问题中被干扰的物体。由于作为受感体的测试天线是人们用来模拟实际干扰中的受害者，标准化测试辐射
强度，在解决标准ＥＭＩ问题时一般不必对它作专门的研究。
在ＥＭＣ分析时，只有在傲ＥＭＳ研究时才会对受感体进行详细分析。本文所提ＰＮＤ产品的ＥＭＩ问题除包含ＥＭＣ标准测试的ＥＭＩ辐射外，还包括机器内部电路对ＧＰＳ电路的ＥＭＩ辐射。这就需要在研究内
部电路对ＧＰＳ电路的ＥＭＩ辐射强度的同时，研究ＧＰＳ电路的抗干扰能力。
ＧＰＳ信号采用了ＢＰＳＫ（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙ，二进制移相键控）的ＤＳＳＳ（ＤｉｒｅｃｔＳｅｑｕｅｎｃｅＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ，直接时序扩频调制）调制的ＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ，码分多址）的编解码方式ｉ８ｉ。
ＣＤＭＡ使用扩频技术以得到较好的交叉相关性——这样的编码方式使得信号相关性很小ｌｌ””，此信号类似
于自然噪声。由于这种类似自然噪声的特性，ＣＤＭＡ中的信号序列一般被看成是ＰＲＮ（ＰｓｅｕｄｏＲａｎｄｏｍ
Ｎｏｉｓｅ，伪随机噪声）序列。
ＣＤＭＡ信号对于接收器之外设备来说就是一个高斯噪声，非相邻序列信号之间几乎没有自相关性。在通讯系统中，使用扩频技术的目的就是通过增加带宽来减少故意、非故意或来自频道公享信号的干扰所产
生的影响。在ＣＤＭＡ编码系统中，和ＰＲＮ序列非相关的噪声和干扰。经过接收器前段的窄带滤波处理，
会改善ＳＮＲ（ＳｉｇｎａｌＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ，信噪比）。一般用处理增益（ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＧａｉｎ）ＷＩＲ来表示ＳＮＲ改善的
程度，其中Ｗ为带宽，矗表数据速率，处理增益示意见图３－３［…。
ＤａｔａＯＩⅢ
ｓｉｌｍｌ
￥１眦ｍｄ
Ｄ咖Ｓ社ｃｔｍｌ
ｎ岫
ＦｒｔｑｔｔｍＯ。｜ｎｗ‘ｗ
图３－３接收电路解调器的处理增益
１２
铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/
第三章ＰＮＤ整机中的ＥＭ！及设计技术分析
对于ＧＰＳ系统来说，带内瞬态大信号噪声，对ＧＰＳ性能影响最大。这种瞬态大信号很多情况下是由数字
电路中数据信号总线产生，他们平均值和有效值都很低，但动态时峰值可提升十几甚至几十ｄＢ，这对ＧＰＳ
处理芯片内部的ＡＧＣ／ＡＤＣ影响很大，使得ＧＰＳ解码出来的信号不连续，极大的影响ＧＰＳ相关性解调。
虽然在信号编解码、芯片设计上ＧＰＳ电路做了很多的抗扰设计，但最有效最直接的处理方法是减少干扰源能量，封堵干扰传播路径。通过ＥＭＣ设计，减少ＬＮＡ和陶瓷天线上的接收到的噪声强度。
２）干扰路径?
根据噪声电磁波的耦合方式我们一般把干扰传输的机制分成传导干扰，电磁场辐射，磁场辐射，电场辐射等四种。
Ａ）传导耦台
以传导方式耦合的干扰一般以公共阻抗耦合为标志．当噪声源和敏感电路使用共同的电流通路时极易产生传导耦合。由于噪声电流必定存在回路，所以这种耦合至少存在两根互连线。
如图３石，电路ｌ为干扰源，电路２为受感体。电路１，２使用同一个电源（ＶＣＣ，ＧＮＤ），其中电路２的ＶＣＣ２经过电路ｌ的ＶＣＣｌ，电路２的ＧＮＤ２经过电路ｌ的ＧＮＤＩ，在他们公用的ＶＣＣｌ／ＧＮＤｌ上电路
１将会对电路２产生传导干扰。我们设计产品时稍不注意就很容易在ＰＮＤ中产生这种模式干扰耦合，如：
公用一条电源线串行的给各个模块，芯片引脚供电；或地线很长，后级电路的电流回路在前级回路上回流；
或总线式的数字信号互联。在ＰＮＤ中传导耦台干扰主要以公用地线反弹为主。
ＧＮＤＧＮＤｌＧＮＤ２
图３－６公共阻抗耦合电路示意
公共阻抗耦合的ＥＭＩ干扰处理一般有合理接地和减小公共阻抗两种方法【“。
－磁场耦合
当一个电流环产生的部分磁力线被另一个电流环接收，两个电流环问即产生磁场耦合，又被称为电感耦合。此时被有效耦合的干扰源以电流形式出现．受感体上产生的噪声以电压形式出现。依赖于受感体的
走线形式，磁场耦合干扰源信号可以是共模形式也可以是差模形式。磁场耦合示意见图３－７，电路１为干
扰源，电路２为受感体。回路ｌ中快速变化的电流会以磁场耦合的形式在回路２上产生干扰。
干扰源（回路１）在回路２中产生的噪声电压‘可以表示成：
匕＝Ｍ：以／ｄｒ（３．１）式中
盔，出——干扰源中的干扰噪声电流变化率；
１４
铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/
第三章ＰＮＤ整机中的ＥＭＩ及设计技术分析
离的关系曲线如图３－９。由图可知，增加布线时干扰源与受感体之间的距离能同时降低电场耦合、磁场耦
合和电磁场耦合。
等敢阻抗Ｒ
图３－８电场耦合示意图
电场耦合和磁场耦合产生的噪声电压都存在前向（与干扰信号传输同向）干扰和反向（与干扰信号传输反向）串扰两种传播方式。但他们产生的噪声信号电压极性略有差别‘２４ｌ；电场耦合产生的两种噪声电压
与干扰源同极性；磁场耦合产生的前向干扰噪声电压极性与干扰源反向，反向干扰噪声电压与干扰源同向。
两种耦合形成干扰噪声区别见图３一ｌｏ。
图３－９导线问距（ｍｍ）与单位长度分布互容（ｐＦ／ｃｍ和互感（ｎＨ／ｃｍ）关系
对于电磁场辐射耦合来说，电场和磁场之间存在波阻抗的关系，波阻抗ｚ为电场切线分量巨和磁场切线分量厅．之比：
ｚ一斟（３．５）假设产生电磁辐射的辐射天线的晟大尺寸是Ｄ，干扰源与感受体的距离是ｒ。当与源的距离足够大的时候，即ｒ＞Ｄ２／２＆（当Ｄ２＆／２时）或者ｒ＞／２＃（当Ｄ《＜Ａｕｌ２Ｊｒ时）时，天线辐射的电磁波为平面波，
其特征波阻抗ｚ，为：
磊＝Ｊ磊＠ｓ，式中
。——电磁波传播信号的角频率；
１６
铜门https://www.doczj.com/doc/6c9871705.html,/