高速数字讯号对于手持产品天线灵敏度之影响与探讨

Introduction

由上图可知，手机的各个区块之间，会以高速数字讯号来做链接[1]，其Data Rate 如下:

由[2]可知，其共模噪声的辐射场强如下式:

f是频率，L是其导体长度，r是辐射源与Receptor的距离，I C是电流强度。故由上式可知，这些高速数字讯号，会产生强大的辐射干扰，进而使灵敏度下降，如下图[1] :

最常见的干扰形式，便是来自这些高速数字讯号的谐波，频率较低的，因为倍频之间的间隔较小，打中接收讯号的机会较大，而频率较高的，虽然倍频之间的间隔较大，打中接收讯号的机会较小，但产生的辐射干扰强度较大，因此都不可忽视。

以USB2.0为例，其讯号频率为480 MHz，故两倍频会干扰GSM 900的接收频率(480 MHz X 2 = 960 MHz)，而三倍频则是可能干扰GPS讯号(480 MHz X 3 = 1440 MHz，GPS = 1575.42 MHz)。

而由下图也看出，当插上USB 2.0时，GSM 900跟WCDMA Band 8，因为接收频率接近480 MHz的两倍频，故确实都有Desense的现象[1]。

由于这些高速数字讯号，多半为差分形式，而由[3]可知，差分讯号走线，最重要的就是等长，如果不等长，会容易产生共模噪声。而由前述已知，越高速的讯号，其辐射干扰会越大，换言之，越高速的讯号，就越要注意等长。而差分讯号在走线过程中，最容易产生不等长之处，便是转弯，亦即对这些高速差分讯号而言，转弯处是最容易产生辐射干扰的地方，如下图[1,3] :

至于在走线方面，如何避免转弯处所造成的辐射干扰，详情可参照[3]，在此就不赘述。

另外针对这些差分形式的高速讯号，也可添加Common Mode Filter，来抑制共模噪声，如下图[1] :

由上图可知，加了Common Mode Filter之后，其共模噪声抑制了许多。而由下图实际量测也发现，Common Mode Filter可改善USB2.0所造成的Desense现象[1]。

而由[4-6]可知，这些差分形式的高速讯号，也要做阻抗控制，好比HDMI需为100奥姆，USB需为90奥姆，有别于RF走线，会利用电感与电容来作阻抗匹配，高速数字讯号，主要是利用电阻来作终端匹配，来降低反射，而由下图也知，若有阻抗不匹配的现象产生，则会有辐射干扰[4-6]。

至于利用电阻作终端匹配的方法，详情可参照[4-6] ，在此就不赘述。

也因此，在挑选Common Mode Filter时，需特别注意其电阻值，若电阻值过大，除了会使讯号有所衰减，同时也可能影响这些高速数字讯号的阻抗，进而产生阻抗不匹配的现象，使得辐射干扰的抑制能力变差，同时还会使其波形跟眼图失真，而衍生一些讯号完整性的问题。因此除了以频域的角度思考，其辐射干扰的抑制能力，同时也要以时域的角度确认，装上Common Mode Filter后，其波形跟眼图会不会有严重失真[1]。

至于其他关于眼图的分析手法，以及挑选Common Mode Filter的注意事项，详情可参照[4-6] ，在此就不赘述。

Reference

[1] Antenna desense on handheld equipment

[2] 手机耦合灵敏度劣化(Desense)之一些原因分析与改善对策, 百度文库

[3] 差分信号之剖析与探讨, 百度文库

[4] 上集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制上之剖析与探讨, 百度文库

[5] 中集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制上之剖析与探讨, 百度文库

[6] 下集_磁珠_电感_电阻_电容于噪声抑制上之剖析与探讨, 百度文库

[7] 手机射频之阻抗控制, 百度文库