隨著過去十?dāng)?shù)年無(wú)線通訊技術(shù)的快速發(fā)展與規(guī)格的不斷進(jìn)化,，各種不同的無(wú)線技術(shù)不論是GSM,、GPS、WLAN（如Wi-Fi）,、Bluetooth等都開始逐漸出現(xiàn),、并普及于日常生活中。無(wú)線通訊技術(shù)本身即已博大精深,，而在導(dǎo)入至各式電子裝置與應(yīng)用領(lǐng)域時(shí),，更必須考慮到電磁干擾（Electromagnetic Interference，即一般通稱的EMI）與電磁兼容（Electromagnetic Compatibility,，EMC）的問題,，以避免相關(guān)功能受到干擾而產(chǎn)生訊號(hào)劣化、影響其正常運(yùn)作,。然而,，盡管世界各地已紛紛立法建立相關(guān)的電磁規(guī)范，關(guān)注于對(duì)電磁輻射與RF（Radio Frequency）射頻的限制,，但在面對(duì)不同通訊模塊彼此間可能產(chǎn)生相互干擾的這個(gè)狀況下,，卻難以有一套固定的標(biāo)準(zhǔn)，去預(yù)防或解決相關(guān)難題,，這也因此成為各產(chǎn)品開發(fā)商最需加以克服的重點(diǎn),。

除此之外，加上近來(lái)可攜式裝置的熱潮以及通訊功能的多元化，使得這些相關(guān)通訊模塊與天線,，皆必須設(shè)計(jì)成更加輕薄短小的體積,，來(lái)符合行動(dòng)應(yīng)用的需求，這樣的狀況更使得產(chǎn)品要做到最佳化設(shè)計(jì)更為難上加難,。要在極其狹小與精簡(jiǎn)的空間中,，建置更多不同的無(wú)線模塊與天線，這些組件彼此間勢(shì)必將更容易產(chǎn)生噪聲干擾,、而影響到其傳輸表現(xiàn),，因?yàn)榻?jīng)常觀察到像是傳輸距離變短、傳輸速率降低等等不利于產(chǎn)品通訊性能的狀況,。百佳泰（Allion Labs,， Inc）在此文中，將介紹在無(wú)線通訊狀況下,，應(yīng)如何正確測(cè)量無(wú)線通訊訊號(hào)及進(jìn)行電磁兼容分析,，希冀能與相關(guān)開發(fā)廠商相互切磋交流、提供技術(shù)上的參考,。

復(fù)雜的通訊環(huán)境：載臺(tái)噪聲（Platform Noise）造成的接收感度惡化（De Sense）

首先,，先來(lái)試想一般消費(fèi)者在使用現(xiàn)在新式手持裝置（不論是智能型手機(jī)或是平板電腦）時(shí)的可能情境：消費(fèi)者到了用餐時(shí)間，想尋找鄰近的餐廳,，便可以拿出手機(jī),，透過點(diǎn)擊打開預(yù)先下載好的一款應(yīng)用程序，然后透過聲控方式,，說(shuō)出想選擇的料理種類,，接著，應(yīng)用程序便會(huì)將接收到的的聲訊傳送至網(wǎng)絡(luò)上該應(yīng)用程序業(yè)者的服務(wù)器進(jìn)行解譯,、用戶所在位置定位及搜尋,，并將符合條件的選項(xiàng)乃至地圖顯示于屏幕上，用戶便能按圖索驥的找到合適的理想餐廳,。

事實(shí)上,，在這短短幾秒看似簡(jiǎn)單的操作過程中，背后便包含了許多零組件的運(yùn)作,，包括像是觸控屏幕的感應(yīng),、產(chǎn)品（硬件）與用戶操作接口（軟件）的結(jié)合使用、麥克風(fēng)透過消除背景雜音收訊以傳遞干凈的用戶聲訊,、3G模塊的啟動(dòng),、與鄰近基站的聯(lián)機(jī)能力、GPS定位系統(tǒng)的作用,、服務(wù)器搜尋結(jié)果的回傳等等。雖然對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，感受到的是「好不好用」的使用觀感,；但對(duì)開發(fā)者而言,，卻必須從背后的機(jī)械結(jié)構(gòu)、組件選擇,、軟硬件整合到通訊模塊一一詳加驗(yàn)證,，才能創(chuàng)造良好的使用經(jīng)驗(yàn)、完整實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的使用目的,。

因此,，了解產(chǎn)品在整個(gè)通訊環(huán)境中所有可能產(chǎn)生電磁訊號(hào)的組件，可說(shuō)是在進(jìn)行建置設(shè)計(jì)時(shí)的一大重要前提,。透過圖一,，我們可以清楚看到，在目前一般新式裝置中主要有四大種類的組件會(huì)產(chǎn)生電磁訊號(hào),，這些組件自行發(fā)出的訊號(hào)若是因設(shè)計(jì)不良而造成相互干擾,，便可稱作載臺(tái)噪聲（Platform Noise）。這四類組件包括有系統(tǒng)平臺(tái)（如中央處理器,、內(nèi)存,、電源供應(yīng)器）、對(duì)內(nèi)對(duì)外的連接器耦合路徑（如各種傳輸接口像是USB,、HDMI）,、外購(gòu)平臺(tái)模塊（如觸控屏幕、相機(jī)鏡頭模塊,、固態(tài)硬盤及其它向廠商外購(gòu)后進(jìn)行組裝的組件）及無(wú)線芯片組/無(wú)線模塊（如Wi-Fi 802.11 a/b/g/n,、Bluetooth、GPS）等,，這四大類組件均需透過縝密的量測(cè),、計(jì)算，才能精確找出最佳的電路設(shè)計(jì)與妥善進(jìn)行整體產(chǎn)品建置,，避免彼此間的干擾,，將所有可能的問題風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

所謂載臺(tái)噪聲的干擾（Platform Noise Interference）是指什么呢,？舉例而言,，面板是目前所有操控裝置的最大組件，而裝置內(nèi)天線所發(fā)射的任何訊號(hào)都會(huì)打到面板,，而面板所發(fā)出的噪聲也都會(huì)進(jìn)到天線中,；同樣的，天線發(fā)出的電波也會(huì)影響到各個(gè)接口,；而不同模塊各自所發(fā)出的訊號(hào),，也會(huì)成為彼此的噪聲,，這就是所謂的載臺(tái)噪聲干擾。而當(dāng)這些的模塊,、組件都在同時(shí)運(yùn)作,，并且干擾無(wú)法被控制在一定限度之下時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生“接收感度惡化”（Degradation of Sensitivity,，De Sense）的現(xiàn)象,，影響裝置無(wú)線效能的正常運(yùn)作。

譬如在同一個(gè)頻段中,，當(dāng)A手機(jī)能夠接收1000個(gè)頻道的訊號(hào),，而B手機(jī)僅能接收到500個(gè)頻道，在實(shí)際感受上,，用戶便會(huì)認(rèn)為B手機(jī)的收訊能力不佳,。由于天線、濾波器,、前置電路并不會(huì)在任一特定頻道中表現(xiàn)特別差,，歸納來(lái)說(shuō)，這便可能是因?yàn)锽手機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)有未盡之處,，而受到載臺(tái)噪聲的干擾,，造成所謂的接收感度惡化。

量測(cè)出載臺(tái)噪聲干擾的方法并不困難,，可以選擇一個(gè)干凈無(wú)外界干擾的環(huán)境（如電磁波隔離箱）,，透過單獨(dú)量測(cè)單一無(wú)線模塊接電路板作用的訊號(hào)吞吐量（Throughput）結(jié)果（如圖二的黃色線段），以及量測(cè)該模塊建置于產(chǎn)品系統(tǒng)平臺(tái)之中作用的訊號(hào)吞吐量結(jié)果（如圖二的藍(lán)色線段）,，兩者間進(jìn)行比較,，便會(huì)發(fā)現(xiàn)到作用于產(chǎn)品平臺(tái)中時(shí)明顯有訊號(hào)劣化情形。而兩者間路徑損失（Path Loss）的差異,，便可視為載臺(tái)噪聲的干擾所致,。

在此必須強(qiáng)調(diào)一個(gè)觀念，那就是載臺(tái)噪聲的存在是不可避免的,，我們不可能將噪聲降到零值,，因?yàn)槟K必須透過系統(tǒng)供電，而模塊所放置的位置也會(huì)影響到鄰近其它模塊與接口,，其中勢(shì)必會(huì)有噪聲的產(chǎn)生,。不過載臺(tái)噪聲的存在雖然不可避免，卻可以設(shè)法讓其干擾降到最低,、而不致影響通訊表現(xiàn)的程度,，這也就是為什么我們要去量測(cè)噪聲、找出干擾源的原因,。

然而,，要量測(cè)出載臺(tái)噪聲干擾并非難事,，但若要驗(yàn)證載臺(tái)噪聲的來(lái)源有哪些、以及個(gè)別來(lái)源造成的干擾程度,，則需要非常復(fù)雜與細(xì)致的量測(cè)方法,，而這絕對(duì)是開發(fā)者的一大挑戰(zhàn)。光是控制變因并對(duì)可能造成干擾的組件進(jìn)行交叉量測(cè),，彼此間便可以產(chǎn)生上千種組合，像是不同的通訊頻道間,、Bluetooth與Wi-Fi,、Wi-Fi與3G、3G與GPS等等,，都可能因?yàn)橛嵦?hào)共存（Co-existence）,、串音（Crosstalk）等狀況造成訊號(hào)損耗。如何透過正確的量測(cè)順序與手法,、并將其間耗時(shí)的交叉量測(cè)加以自動(dòng)化,，以有效判斷主要噪聲源，便是其中的學(xué)問所在,。

降低噪聲的首要重點(diǎn)：制定合理的噪聲預(yù)算（Noise Budget）以進(jìn)行調(diào)變

在了解到載臺(tái)噪聲的干擾會(huì)造成接收感度惡化的情形,，并且已知如何量測(cè)后，下一個(gè)重點(diǎn)就在設(shè)定出裝置噪聲的許可值,，也就是制訂出合理的噪聲預(yù)算（Noise Budget）,，才能為裝置做出最適宜的調(diào)整。也就是說(shuō),，在得知該無(wú)線通訊技術(shù)可以如何解調(diào)（例如已知該3G模塊的惡化情形是可以透過GPS模塊解調(diào)的）,，了解到噪聲大小與Eb/No（系統(tǒng)平均訊噪比）后，設(shè)定出合宜的噪聲容許值,，才能進(jìn)行噪聲干擾的修正（而非消除）,。

然而，這樣的修正并非單一組件的校正,，而是需要一連串環(huán)環(huán)相扣的驗(yàn)證與修改,。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)裝置的屏幕對(duì)天線接收造成干擾時(shí),，要進(jìn)行調(diào)變的不只是面板本身,，還包括了背后的顯示卡、輸入輸出功率,、線路的設(shè)計(jì),、LVDS接口等，甚至是天線的表面電流分布方式,，都需要進(jìn)行調(diào)變,。從圖三簡(jiǎn)略的圖示便可看出,，影響無(wú)線裝置訊號(hào)接收能力的可變因素有許多，而彼此間均有牽一發(fā)而動(dòng)全身的依存關(guān)系,。因此,，依據(jù)實(shí)際的載臺(tái)噪聲狀況，訂定出合理的噪聲預(yù)算,，再據(jù)此進(jìn)行調(diào)變以降低噪聲,，才是能有效提升產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

實(shí)例說(shuō)明：最大干擾源--觸控面板

如前所述,，觸控面板是各類以觸控為核心應(yīng)用的新式裝置中所占面積最大的組件,，相應(yīng)產(chǎn)生的干擾問題也就越多，因此,，確保其所造成的載臺(tái)噪聲能控制在噪聲預(yù)算內(nèi),，自然是驗(yàn)證時(shí)的第一要?jiǎng)?wù)。根據(jù)百佳泰的驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn),，目前在智能型手機(jī)及平板裝置中,，約莫有60%的干擾問題都來(lái)自于觸控面板，其中又有70%是源于面板里的IC控制芯片,，接下來(lái)我們就將針對(duì)觸控面板的驗(yàn)證要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明,。

觸控面板顧名思義，就是具備觸控功能的面板,，然而,，觸控面板第一個(gè)所需要克服的干擾，不是來(lái)自同一裝置內(nèi)的其它模塊或接口,，而是面板本身對(duì)觸控功能所產(chǎn)生的干擾,。包括像是面板的像素電極（Pixel Electrode）、像素頻率（Pixel Clock）,、儲(chǔ)存電容（Storage Capacitor）,、逐線顯示（Line-by-Line Address）背光板模塊（Back Light Unit）等都會(huì)造成面板對(duì)觸控的干擾。

此時(shí)就要去量測(cè)觸控時(shí)的電壓,，掃瞄并觀察在不同時(shí)間以及使用不同觸控點(diǎn)的電壓變化,，以了解實(shí)際載臺(tái)噪聲的狀況，才能進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)變,?；径裕|控的掃瞄電壓約是100~200k,，而屏幕的更新率則是五毫秒（ms）,，以檢查所有觸控點(diǎn)，這種低周期的頻率便非常容易造成對(duì)GPS及SIM卡的干擾,。因此,，觸控面板必須提高電壓才能解決面板的干擾,，也就是透過微幅降低觸控感應(yīng)的靈敏度，以換來(lái)載臺(tái)噪聲降低,；而在實(shí)際量測(cè)觀察時(shí),，除了需要透過精確的夾具與儀器外，也必須量測(cè)時(shí)域（而非頻率）,，才能得到真正的錯(cuò)誤率（BER）數(shù)據(jù),。



圖4 觸控面板噪聲預(yù)算魚骨圖

在量測(cè)出觸控面板本身的噪聲后，并設(shè)定出合理的噪聲預(yù)算值后,，就可以開始進(jìn)行觸控面板對(duì)各種不同模塊的噪聲量測(cè),，圖四的觸控面板噪聲預(yù)算魚骨圖，就是我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)歸納研究出的量測(cè)與驗(yàn)證順序,，必須透過對(duì)噪聲預(yù)算的控制，來(lái)觀察觸控面板對(duì)不同模塊的干擾狀況,。在圖五的實(shí)際量測(cè)圖中,，紅線部分便是我們?cè)O(shè)定的噪聲預(yù)算值，而我們的目標(biāo)就是將噪聲值降低到紅線以下,。

以下我們便來(lái)探討幾個(gè)與觸控面板相關(guān)的干擾實(shí)例：

●LVDS

目前許多新規(guī)裝置如平板電腦或Ultrabook在設(shè)計(jì)面板顯示的訊號(hào)傳輸時(shí),，都會(huì)采取所謂的LVDS進(jìn)行傳導(dǎo)，LVDS也就是低電壓差動(dòng)訊號(hào)（Low Voltage Differential Signaling）,，是一種可滿足高效能且低電壓數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用需求的技術(shù),。然而在實(shí)際應(yīng)用上，這些訊號(hào)也許可能部分進(jìn)入如3G等行動(dòng)通訊頻段,，而產(chǎn)生很大的地面電容不平衡（Ground Capacitance Unbalance）電流,、并致使干擾。然而,，傳統(tǒng)的處理方式是透過貼銅箔膠帶或?qū)щ姴?，?lái)緩和這樣的情況，但實(shí)際對(duì)地不平衡的現(xiàn)象并未解決,，未真正將LVDS線纜的問題有效處理,。唯有透過量測(cè)LVDS訊號(hào)本身在封閉環(huán)境與系統(tǒng)平臺(tái)上的噪聲差異，才能從問題源頭加以進(jìn)行調(diào)整,。

●線路邏輯閘

此外,，觸控面板接有許多的線路，這些線路的邏輯閘都會(huì)因不斷的開關(guān)而產(chǎn)生頻率干擾,。舉例來(lái)說(shuō),，當(dāng)邏輯閘產(chǎn)生約45MHz的干擾時(shí)，像GSM 850（869-896 MHz）跟GSM 900（925-960 MHz）間的發(fā)射接收頻率差距小于45MHz,，便會(huì)產(chǎn)生外部調(diào)變（External Modulation）而造成干擾,；另一個(gè)例子則是藍(lán)牙受到邏輯閘的開關(guān)而使電流產(chǎn)生大小變化,，這樣的外部調(diào)變使得訊號(hào)進(jìn)入GSM1800、GSM1900的頻譜而產(chǎn)生干擾,。

因此,，我們必須使用頻域模擬法進(jìn)行S-parameter分析取樣，確認(rèn)電腦仿真與實(shí)機(jī)測(cè)試的誤差值在容許范圍內(nèi),，以掌握噪聲傳導(dǎo)的狀況,。才能不犧牲消費(fèi)者的良好觸控經(jīng)驗(yàn)，又能減少觸控面板對(duì)產(chǎn)品其它模塊及組件造成的干擾,。

●固態(tài)硬盤

新興的儲(chǔ)存媒介-固態(tài)硬盤（SSD）盡管受閃存的市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)影響,，而在成本上仍居高不下，但因其體積輕薄與低功耗的特性,，已被廣泛應(yīng)用在平板電腦及其它形式的行動(dòng)裝置中,。然而，傳統(tǒng)磁盤式硬盤容易受到外來(lái)通訊狀況影響的情形（例如當(dāng)手機(jī)放在電腦硬盤旁接聽使用,，有可能干擾到硬盤造成數(shù)據(jù)毀損）,，也同樣出現(xiàn)在SSD上。

在SSD上的狀況時(shí),，SSD會(huì)隨著使用抹寫次數(shù)（P/E Cycle）的增加,，而使得其噪聲容限（Noise Margin）隨之降低，就如圖七所示,，經(jīng)過一萬(wàn)次的抹寫使用后,，噪聲容限就產(chǎn)生了明顯的惡化，而更容易受到觸控面板或其它噪聲源的干擾,，而影響實(shí)際功能,。在這個(gè)情境下，若能作到SSD的均勻抹寫,，便是有效緩和噪聲容限下降速率的方法之一,。

●模塊多任務(wù)運(yùn)作

觸控面板所使用的電來(lái)自系統(tǒng)本身，而其它如通訊或相機(jī)等模塊等,，也都同樣透過系統(tǒng)供電,，因此，電壓的穩(wěn)定與充足便是使這些組件模塊能良好運(yùn)作的關(guān)鍵所在,。在所有需要使用電源的模塊中,，其中尤以3G或Wi-Fi模塊在進(jìn)行聯(lián)機(jī)上網(wǎng)（數(shù)據(jù)傳輸）時(shí)最為耗電，在所有這些通訊模塊開啟的同時(shí),，就很可能造成電壓不足,，而影響到觸控面板的穩(wěn)定吃電；另外，此時(shí)通訊模塊的電磁波,，也可能同時(shí)直接打到面板上,，造成嚴(yán)重的噪聲干擾。這時(shí)我們就必須回到前面的魚骨圖,，依序進(jìn)行不同模塊設(shè)定,、位置建置、通訊環(huán)境的驗(yàn)證,。

精密量測(cè)驗(yàn)證 才能有效提升通訊質(zhì)量 降低噪聲干擾

在本文的最后,，百佳泰也提供我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)歸納設(shè)計(jì)出的完整驗(yàn)證步驟，以作為開發(fā)驗(yàn)證時(shí)的參考,，透過這樣的驗(yàn)證順序,，才能按部就班的降低噪聲干擾，提升通訊質(zhì)量,。根據(jù)圖八所示,，一個(gè)完整具有各式通訊模塊與觸控功能的裝置，主要可分成以下三個(gè)驗(yàn)證步驟：

1. 傳導(dǎo)測(cè)試（Conductive Test）：

在驗(yàn)證初始必須先透過傳導(dǎo)測(cè)試,，精確量測(cè)出裝置本身的載臺(tái)噪聲,、接收感度惡化情形、以及傳送與接受（Tx/Rx）時(shí)的載臺(tái)噪聲,。

2. 電磁兼容性（Near Field EMC）：

在掌握了傳導(dǎo)測(cè)試所能取得的相關(guān)信息，并設(shè)定噪聲預(yù)算后,，便可進(jìn)行包括天線表面電流量測(cè),、噪聲電流分布量測(cè)及耦合路徑損失（Coupling Path Loss）的量測(cè)，以及相機(jī),、觸控面板的噪聲和射頻共存外部調(diào)變,。

3. OTA測(cè)試（Over The Air Test）：

完成傳導(dǎo)與EMC測(cè)試后，便可針對(duì)不同通訊模塊進(jìn)行獨(dú)立與共存的量測(cè),、總輻射功率（Total Radiation Power,，TRP）與全向靈敏度（Total Isotropic Sensitivity，TIS）的量測(cè),、GPS載波噪聲比（C/N Ratio）的量測(cè)乃至DVB的接收靈敏度測(cè)試,。

本文所探討的內(nèi)容雖然僅是噪聲驗(yàn)證的其中一個(gè)例子，但我們已可以見微知著的了解到,，無(wú)線通訊訊號(hào)技術(shù)的博大精深,，以及干擾掌控的技術(shù)深度。所有相關(guān)廠商業(yè)者在開發(fā)時(shí),，均需透過更深入的研究,、更多的技術(shù)資源與精力投入，以對(duì)癥下藥的找出相應(yīng)的量測(cè)方式及與解決方案，克服通訊產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上會(huì)產(chǎn)生的訊號(hào)劣化與干擾狀況,。