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案例1

 

ESD空氣放電，是指靜電槍頭沒有直接接觸金屬，通過空氣放電的方式注入PCB板上；按照實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，對(duì)于孔縫等人體無法直接接觸的端口進(jìn)行空氣放電實(shí)驗(yàn)。

 

一、描述：

 

本次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品是一款藍(lán)牙音箱，其外露的端口主要有AUX，以及USB金屬端口；AUX端口為塑膠，按照實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行空氣放電8KV，在測(cè)試的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)樣機(jī)很容易會(huì)出現(xiàn)聲音異?，F(xiàn)象，并且無法正常關(guān)機(jī)，需直接斷電才能消失。重新上電后，音箱的聲音已經(jīng)發(fā)生了變質(zhì)，判斷等級(jí)為D級(jí)。換一塊PCB板后樣機(jī)可以重新工作。

 

二、整改過程：

 

經(jīng)過審核AUX端口的結(jié)構(gòu)，我們發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有金屬引腳延伸比較長(zhǎng)，并且每個(gè)引腳都是直接與IC的PING腳相連；從而使得靜電可以通過金屬引腳直接干擾到IC引腳。所以首先在這三個(gè)引腳對(duì)地并聯(lián)ASIM ESD（型號(hào)：CV0402VT6201T）,再進(jìn)行空氣放電的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)樣機(jī)沒有出現(xiàn)之前出現(xiàn)的聲音異常現(xiàn)象。如下圖為整改PCB圖：

 

再此也設(shè)計(jì)出一般AUX的靜電以及EMI防護(hù)方案:

案例2

 

一、ESD放電分析：

 

在ESD放電的過程中，會(huì)產(chǎn)生瞬間的高電壓，大電流和寬帶的電磁干擾，以至于電子組件失效、損壞、降低可靠度，大至電子系統(tǒng)設(shè)備誤動(dòng)作、損毀，甚至?xí)劤芍卮鬄?zāi)難。

 

二、整改前實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

 

此次實(shí)驗(yàn)對(duì)象是一款多功能藍(lán)牙音箱，其有AUX、藍(lán)牙、USB、TF卡等模式。在藍(lán)牙模式充電的情況下，設(shè)備在進(jìn)行空氣±8KV放電的時(shí)候，機(jī)器會(huì)出現(xiàn)斷藍(lán)牙，復(fù)位的現(xiàn)象。

 

三、整改過程：  

 

由于對(duì)音箱進(jìn)行接觸放電的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)音箱不會(huì)出現(xiàn)類似現(xiàn)象；于是先將PCB板的地定義為完整地；只要將靜電導(dǎo)到地上就行；所以第一步措施為：將AUX信號(hào)線上串上磁珠（ASIM型號(hào)：CVB1005C152T)并且對(duì)地并聯(lián)ESD器件（ASIM型號(hào)：CV0402VT6201T),如下圖：

 

其基本原理為：

整改好后，重新對(duì)音箱進(jìn)行空氣±8KV測(cè)試，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象有所改善，但是還是沒有徹底根除。于是查看PCB原理圖，發(fā)現(xiàn)機(jī)器MCU并沒有復(fù)位腳。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，模擬出現(xiàn)這種現(xiàn)象的狀態(tài)；最終確認(rèn)，此狀態(tài)與將電池插拔一樣；于是將目光定與電源上，其中就包括了MCU供電，USB充電口和電池。并且我們發(fā)現(xiàn)只有是將USB充電線連接上，才會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。所以我們就在MCU VCC上對(duì)地并聯(lián)ESD器件（型號(hào)：CV0402VT6201T)并串聯(lián)磁珠（ASIM型號(hào)：CVB1608E152T),并且在USB充電口對(duì)地并聯(lián)ESD器件（ASIM型號(hào)：CV0402VT6201T),如下圖：

 

再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行空氣±8KV放電，放電次數(shù)為10次，樣機(jī)無明顯異?，F(xiàn)象。整改結(jié)束！

 

 

四、整改心得：

 

從ESD測(cè)試配置描述可以看出，再進(jìn)行ESD測(cè)試時(shí)，需要將靜電槍的接地線接至參考接地板，EUT放置于參考接地板之上，靜電槍放電槍頭指向EUT中各種可能會(huì)被手觸摸到的部位或水平耦合板和垂直耦合板，這就決定了ESD測(cè)試是一種以共模為主的抗擾度測(cè)試，因?yàn)镋SD電流最終總要流向參考接地板。

 

從靜電放電波形分析，其上升沿時(shí)間為0.7ns到1ns，根據(jù)傅里葉變換可知其頻譜寬度能達(dá)到300MHZ。ESD器件的響應(yīng)時(shí)間一般為PS級(jí)別，所以用ESD器件去防護(hù)靜電是一種有效的措施。

 

從靜電的脈沖寬度看出，靜電的脈沖持續(xù)時(shí)間很短，其能量比浪涌小很多，所以絕大多數(shù)的小功率的ESD器件足以滿足對(duì)其的泄放。

 

ESD器件其主要是并聯(lián)在線路上，當(dāng)靜電事件發(fā)生的時(shí)候，ESD器件能夠瞬間導(dǎo)通，給靜電提供一條低阻抗的回路。這里需要注意幾點(diǎn)：

 

一、ESD器件的泄放地一定要完整，完整地的定義為長(zhǎng)寬比小于3的（沒有縫隙、沒有開孔）

 

二、ESD器件必須要放在信號(hào)線的主路上，不能放在支路上，不然會(huì)使得ESD器件的效果大大降低。

 

三、如果ESD器件是放在高速信號(hào)上，一定要考慮ESD結(jié)電容對(duì)信號(hào)的影響程度，信號(hào)速率越高，對(duì)ESD器件的結(jié)電容大小要求越低（即信號(hào)速率越高，ESD結(jié)電容越低）。

 

如何解決ESD不過問題

 

 

ESD測(cè)試是EMC測(cè)試一項(xiàng)基本的測(cè)試項(xiàng)目，ESD的抗擾能力不僅來自芯片的esd耐壓，pcb布局，甚至和產(chǎn)品的工藝也是有聯(lián)系的，常見的ESD實(shí)驗(yàn)等級(jí)為接觸放電，那么如果打ESD不過是什么原因，又該如何解決這個(gè)問題呢？

 

對(duì)在外部的一些接口，像usb，dc，sd卡這些，在進(jìn)行接觸放電的時(shí)候，靜電就會(huì)很容易串聯(lián)到電源線上面，靜電就由共模變成了差模，這時(shí)電源產(chǎn)生很高的尖峰，會(huì)導(dǎo)致死機(jī)，復(fù)位等問題。對(duì)于電源的esd保護(hù)，可以用TVS管來解決。TVS管響應(yīng)速度很快，對(duì)靜電有很好的泄放作用。要盡量的靠近接口的位置，陰極最好是以最近的路徑街道接口的外殼地。

 

芯片受靜電的影響也是會(huì)發(fā)生復(fù)位或者是壞掉。這種情況一般是電源的引腳受到干擾?？梢詫?duì)電源添加lc濾波，串聯(lián)一個(gè)小電感就會(huì)得到很好地改善。

 

Pcb要盡量多的鋪地。雙面板兩面都要大面積的鋪銅，而且還要有足夠的地過孔；如果是四層板或者是更多?？梢园阎饕骷R近的平面層設(shè)為地層。

 

想要靜電得到良好的釋放，就要保證良好的接地，所以從原理到pcb設(shè)計(jì)，都必須貫穿EMC的設(shè)計(jì)思想，才能合理的布線，去耦電容才能發(fā)揮作用。在抗ESD方面，敏感器件或者是信號(hào)線應(yīng)該原理pcb邊緣，防止空氣放電干擾到器件和信號(hào)線。所以pcb邊緣應(yīng)該留有空隙或者是鋪銅。