Handy-Design: Das „De-sense“-Problem in den Griff bekommen

Durch den Einsatz des LVDSVerfahrens lässt sich die Störstrahlung in einem Handy merklich reduzieren. Die reduzierte spektrale Leistungsdichte der Signale ermöglicht das Design kleinerer Handys, u.a. weil weniger Abschirmungen und RC-Filter in der Schaltung benötigt werden.

Durch den Einsatz des LVDSVerfahrens lässt sich die Störstrahlung in einem Handy merklich reduzieren. Die reduzierte spektrale Leistungsdichte der Signale ermöglicht das Design kleinerer Handys, u.a. weil weniger Abschirmungen und RC-Filter in der Schaltung benötigt werden.

Bei dem ungemein kompakten Design heutiger Handys spielen die Fragen der Störsicherheit eine enorme Rolle, weil die empfindlichen Komponenten extrem dicht platziert werden müssen. Zudem müssen die Bauelemente nicht nur sehr klein sein, sondern sie dürfen die Betriebssicherheit nicht beeinträchtigen und sollten auch nicht benachbarte Geräte stören. Darüber hinaus sollten die Handy-Designs bei den kleinen Signalen fehlerfrei funktionieren, die von den Basisstationen abgestrahlt werden.
Die Signalpegel können am Ort des Handys weniger als –110 dB betragen. Daher müssen für Handy-Designs Komponenten verwendet werden, die einen „ultra“- rauscharmen Betrieb ermöglichen.

Bei den meisten Handy-Designs werden große Datenmengen zwischen der Basisband-Verarbeitung und dem Display durch die Schnittstellen des 16-bit-Mikrocontrollers oder durch ein 8-bit- bzw. 16-bit-RGB-Interface durchgeleitet. Die Datenübertragungsraten reichen dabei von 3 bis 15 Mbit/s, da heute viele Handys mit einem oder sogar zwei Kamera-Modulen ausgerüstet sind, deren 8-bit-RGB-Interfaces mit mehr als 15 Mbit/s arbeiten, um die Daten der CMOS- oder CCD-Bildsensoren schnell genug auslesen zu können.

Die Leitungen dieser Bus-Schnittstelle werden über eine Strecke von 10 cm über eine flexible Leiterplatte geführt und zusätzlich mehrere Zentimeter weit zur Basisband-Verarbeitung und dann weitere Zentimeter zur Handy- Klappe oder zum Handy-Schieber. Die flexiblen Leiterplatten müssen so ausgelegt werden, dass sie hunderttausende von Biegezyklen überstehen, und sie müssen dabei dutzende von Signalen übertragen, die sich auch noch überkreuzen können, um die verschiedenen Elemente eines Handys miteinander zu verbinden; und das alles zu niedrigsten Kosten.

Die Kombination zwischen der Länge der flexiblen Leiterbahnen und der Schwierigkeit, die Impedanz der Leitungen in den Griff zu bekommen, kann zu einer merklichen Abstrahlung der Signale führen. Die Größe der Abstrahlung ist proportional zur Änderungsgeschwindigkeit des Signals (du/dt) und dessen Amplitude. Je höher die Anzahl der Impulsflanken und deren Amplitude, desto stärker sind die Abstrahlungen. Für die Abschätzung der Stärke der Abstrahlungen stehen heute Modellierungswerkzeuge zur Verfügung. Taktsignale können durchaus Signal-Pegel von –60 dB und mehr erreichen, erheblich mehr als die Nutzsignal- Pegel, die am Empfänger zur Verfügung stehen.

Wenn die Pegel der innerhalb des Handys abgestrahlten Signale größer sind als die der Signale von der Basis-Station, dann „hört“ der Empfänger einen erheblichen Rausch-Pegel aus den internen Quellen des Handys. Das interne Rauschen kann dabei so groß werden, dass dadurch gleich mehrere Kanäle blockiert werden, der Empfänger wird scheinbar unempfindlicher (De-sense-Problem).

Um dieses handytypische Phänomen zu umgehen, werden verschiedene Schaltungskniffe angewandt. Dazu gehört, die flexible Leiterplatte mit einer zusätzlichen Abschirmung zu versehen oder RC-Tiefpass- Filter als Abschluss jeder Datenleitung zu verwenden. Diese Maßnahmen sind jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden. Eine typische LCD-Schnittstelle von der Basisband-Verarbeitung zum Schieber des Handys ist etwa ein 16-bit-Mikrocontroller-Interface, das mit einer Taktfrequenz von 5 MHz betrieben wird.

Betrachtet man das Frequenzspektrum, dann wird deutlich, dass die Oberwellen von der Grundwelle bis „Unendlich“ in ungeradzahligen Intervallen auftreten. Der Energieinhalt dieser Oberwellen nimmt mit zunehmender Frequenz ab und kann ab einer bestimmten Frequenz vernachlässigt werden. Aber die gesamte Energie in den ungeradzahligen Oberwellen kann die Empfindlichkeit des Empfängers durchaus herabsetzen und zu einer deutlichen Beeinträchtigung der Empfangsqualität führen. Das Bild zeigt den Bildschirm eines Spektrumanalysators mit der Darstellung eines CDMA-Bandes mit den zugehörigen Oberwellen in einem Handy ohne RC-Filter. Bei dem Testmodell wurden die RC-Tiefpass-Filter und auch die Abschirmung um die flexiblen Leiterplatten entfernt.