智能手表辐射发射（RE）测试及屏蔽设计改进

智能手表辐射发射（RE）测试及屏蔽设计改进一、智能手表辐射发射（RE）测试概述智能手表作为集成了多种高频功能（如蓝牙、Wi-Fi、GPS、心率监测）的便携式可穿戴设备，其辐射发射（Radiated Emission，RE）测试是 EMC 认证的核心项目，目的是确保设备工作时通过空间辐射的电磁能量不会干扰周围电子设备（如手机、医疗仪器、航空通信等）。摸底测试可提前发现辐射超标问题，为后续设计改进提供依据。1. 测试标准与核心要求智能手表的 RE 测试需遵循消费电子及可穿戴设备的通用标准，主要包括：国内：GB/T 9254《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》（等效 CISPR 22）、GB 17625.1《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值》。国际：CISPR 32《多媒体设备的电磁兼容性》（覆盖可穿戴设备）、FCC Part 15（美国市场准入要求）。核心测试要求：频段范围：30MHz~1GHz（基础频段），若含 5G 或 Wi-Fi 6 模块，需扩展至 6GHz（高频段杂散辐射）。限值等级：智能手表属于 Class B 设备（面向家庭 / 商业环境），限值更严格（如 30MHz~230MHz 频段限值为 40~54dBμV/m，230MHz~1GHz 为 47dBμV/m，具体需参考标准细则）。测试环境：在 3 米法电波暗室中进行（智能手表体积小，3 米法可满足精度），设备置于转台上模拟不同角度辐射，接收天线（垂直 / 水平极化）捕捉信号，通过频谱分析仪读取干扰值。2. 智能手表 RE 测试常见超标原因智能手表结构紧凑（尺寸通常＜50mm×50mm）、功能密集，辐射超标多源于高频电路的电磁泄漏，具体原因包括：无线模块干扰：蓝牙（2.4GHz）、Wi-Fi（2.4GHz/5GHz）、GPS（1.575GHz）的射频信号谐波或杂散辐射，尤其模块与天线匹配不良时，反射信号易形成辐射。高速数字电路：MCU（主频常达 100MHz 以上）、显示屏驱动（如 OLED 屏的高频刷新信号）的时钟谐波，通过 PCB 走线或组件间隙辐射。传感器电路：心率传感器的 LED 驱动、加速度计的高频采样信号，若滤波不足，易产生宽频噪声。电源噪声：锂电池充电电路（如 DC-DC 转换器，开关频率 1~5MHz）的谐波，通过电源走线或电池引线辐射。二、智能手表屏蔽设计改进策略屏蔽设计是抑制智能手表辐射发射的关键手段，需结合其 “小体积、低功耗、可穿戴” 的特点，从材料选择、结构布局、接地协同三方面优化。1. 屏蔽材料选择：兼顾屏蔽效能与轻量化智能手表对重量和厚度敏感（通常总重＜50g，厚度＜10mm），屏蔽材料需满足 “高屏蔽效能 + 低重量 + 易加工”：核心材料：镍铜合金（洋白铜）：导电性好（屏蔽效能＞80dB@1GHz），延展性强，可冲压成薄型屏蔽罩（厚度 0.1~0.2mm），适合包裹高频模块。导电泡棉：用于屏蔽罩与 PCB 接地平面的缝隙填充，压缩量 50% 时仍能保持导电连接，避免缝隙成为辐射泄漏口。石墨烯薄膜：新兴材料，厚度仅几微米，屏蔽效能达 60dB@1GHz，适合覆盖屏幕下方的驱动电路，但成本较高。材料组合：对核心干扰源（如无线模块）采用 “镍铜屏蔽罩 + 导电泡棉密封”，对大面积区域（如 PCB 背面）采用石墨烯薄膜覆盖，平衡屏蔽效果与重量。2. 屏蔽结构设计：针对性隔离干扰源智能手表内部空间狭小，需按 “干扰源分区隔离” 原则设计屏蔽结构，避免不同模块的噪声相互耦合：无线模块独立屏蔽：将蓝牙 / Wi-Fi 模块单独置于金属屏蔽罩内，罩体与 PCB 接地平面通过多个过孔（间隔≤5mm）连接，确保低阻抗接地，阻断射频信号外泄。屏蔽罩顶部开设天线馈线出口，馈线需穿金属套管（与屏蔽罩连通），避免馈线成为辐射天线。例如，2.4GHz 蓝牙模块的屏蔽罩需完全包裹射频芯片，仅留天线接口，且接口处用导电胶密封。数字电路与模拟电路屏蔽隔离：MCU、存储器等数字电路（高频噪声源）与心率传感器、麦克风等模拟电路（敏感电路）之间用金属隔板（厚度≥0.1mm）分隔，隔板与接地平面连接，形成物理隔离屏障。显示屏驱动电路（如 OLED 的 TFT 驱动芯片）需单独屏蔽，因其时钟频率（通常 20~100MHz）的谐波易辐射，屏蔽罩需覆盖驱动芯片及周边走线。电源电路屏蔽：DC-DC 转换器（如 3.3V/1.8V 输出）的开关噪声（1~5MHz）需用小型屏蔽罩包裹，罩体底部与电源地（PGND）直接连接，减少噪声通过空间耦合到其他电路。3. 屏蔽与接地协同优化：降低屏蔽体内噪声辐射屏蔽结构需配合合理接地才能最大化抑制辐射，核心优化点包括：屏蔽罩接地阻抗最小化：屏蔽罩底部需通过多个导电触点（如镀金弹片、导电胶）与 PCB 接地平面连接，触点间距≤λ/20（λ 为最高频率波长，如 2.4GHz 对应 λ≈12.5cm，触点间距≤6mm），确保高频下接地阻抗＜1Ω。避免屏蔽罩单点接地（易形成高阻抗），推荐多点对称接地（如矩形屏蔽罩四角各设一个接地触点）。接地区域划分：PCB 划分独立接地平面：射频地（RF GND）、数字地（DGND）、模拟地（AGND），屏蔽罩分别与所属地平面连接（如无线模块屏蔽罩接 RF GND，传感器屏蔽罩接 AGND），通过 0 欧电阻单点连接各接地平面，避免地环路噪声。电池金属外壳需与电源地（PGND）连接，作为辅助接地参考，减少电池引线的辐射（引线长度≤10mm，且紧贴接地平面）。缝隙与开孔处理：屏蔽罩的开孔（如散热孔、接口孔）尺寸需＜λ/20（如 1GHz 以下频段，开孔直径≤15mm），且形状为圆形（比方形更不易泄漏电磁波）。屏蔽罩接缝处用导电泡棉或铍铜弹片密封，压缩量控制在 30%~50%，确保缝隙处导电连续，避免电磁波从缝隙泄漏（缝隙长度超过 λ/10 时，会成为辐射天线）。4. 补充优化措施：从源头减少噪声辐射屏蔽设计需结合噪声源抑制，才能彻底解决 RE 超标问题：高频信号完整性优化：无线模块的射频走线（如天线馈线）需短且直，阻抗匹配（通常 50Ω），避免信号反射产生杂散辐射；必要时在馈线上串联射频衰减器（如 2dB），降低谐波强度。MCU 的时钟线、显示屏的数据线需走在接地平面上方，且线长≤50mm，减少暴露在空间的长度（长走线易成为辐射天线）。滤波与吸收：在电源入口（如电池接口）串联磁珠（如 100MHz 时阻抗≥100Ω），并联 100nF 陶瓷电容（靠近接口），将高频电源噪声分流到地。在屏蔽罩内侧粘贴铁氧体吸收材料（如厚度 0.1mm 的柔性铁氧体片），吸收屏蔽体内的残留高频噪声（尤其针对 2~6GHz 频段）。软件优化：降低非必要高频功能的工作频率（如蓝牙模块在空闲时切换至低功耗模式，减少射频发射时间）；调整 MCU 的时钟频率（如从 120MHz 降至 100MHz），避开敏感频段（如 FM 广播频段 88~108MHz）。三、整改验证与迭代屏蔽设计改进后，需通过 RE 摸底测试验证效果，重点关注：无线模块工作时的谐波辐射（如 2.4GHz 蓝牙的 3 次谐波 7.2GHz 是否超标）。数字电路时钟的倍频辐射（如 100MHz 时钟的 5 次谐波 500MHz 是否在限值内）。若仍有超标，可通过频谱分析仪定位辐射源（如用近场探头检测屏蔽罩缝隙、PCB 走线的辐射强度），针对性加强屏蔽（如增加屏蔽罩厚度、缩小开孔尺寸）或优化接地（如增加接地触点数量）。总结智能手表的辐射发射（RE）测试核心是控制高频噪声的空间泄漏，屏蔽设计需结合 “材料轻量化、结构分区隔离、接地低阻抗” 三大原则，同时从信号完整性、滤波、软件优化等方面减少噪声源强度。通过多轮摸底测试与迭代改进，可确保设备既满足 EMC 认证要求，又符合可穿戴设备的体积、重量限制。