ESD測試—EMC工程師“甜蜜”的負擔!Why?
發布時間:2014-05-08 責任編輯:sherryyu
【導讀】ESD試驗是EMCceshibiaozhundeyixiangjibenceshixiangmu,ruguoduiyuchanpindeqianqishejikaolvbuzhouquan,zaijiashangjingyanbugoudehua,wangwanghuirangrenjiaotoulane。yibanzhongxiaoxingqiye,ruguomeiyouzhuanmendeEMC工程師,往往這項工作就必須由硬件工程師來承擔。對於整機來說,ESD抗擾能力不僅僅來自芯片的ESD耐壓,PCB的布局布線,甚至與工藝結構也有密切關係。可見ESD測試其實不歸硬件工程師管,歸EMC工程師管!
ESD試驗是EMCceshibiaozhundeyixiangjibenceshixiangmu,ruguoduiyuchanpindeqianqishejikaolvbuzhouquan,zaijiashangjingyanbugoudehua,wangwanghuirangrenjiaotoulane。yibanzhongxiaoxingqiye,ruguomeiyouzhuanmendeEMC工程師,往往這項工作就必須由硬件工程師來承擔。對於整機來說,ESD抗擾能力不僅僅來自芯片的ESD耐壓,PCB的布局布線,甚至與工藝結構也有密切關係。常見的ESD試驗等級為接觸放電:1級——2KV;2級——4KV;3級——6KV;4級——8KV;空氣放電:1級——2KV;2級——4KV;3級——8KV;4級——15KV。本人所處的醫療電子行業,產品的ESD試驗一般要達到第3等級,即接觸6KV,空氣8KV。在整機ESD試驗方麵,本人也搞過了幾台不同型號的產品,也算搞出了一點眉目,總體的解決思想是把靜電流向地。

對裸露在外部的一些接口,像USB、VGA、DC、SD卡等等,對這些接口進行接觸放電時,靜電很容易就會“串”daodianyuanxianshang,jingdianyoubenlaidegongmobianchenglechamo,cishidianyuanshangjiuhuichanshengyigehengaodejianfeng,henduoxinpiandouchengshoubule,fashengsiji,fuweidengwenti。duiyudianyuanVCC的ESD保護,可以並接TVS管來解決。TVS管與穩壓二極管很相似,都有一個額定的電壓,不同的是它的響應速度特別快,對靜電有很好的泄放作用。例如對於USB接口(見圖1.1、圖1.2),VCC和外殼地之間並接5V的TVS管。相當於把電源和地鉗位在5V以內,這樣可以有效地把靜電電流導向地,達到效果很明顯。要注意的是布局布線的時候,TVS管要盡量靠近接口的位置,TVS的陰極以最近的路徑接到接口的外殼地。

對外接口的信號線同樣也需要保護,不然靜電經過信號線直接到達芯片IO管腳,雖然芯片的IO都有二極管保護,一般可以抵禦+-2KV的靜電,但是對於+-6KV的ESD接觸放電,就會遭遇損壞的風險。同樣是USB接口,如圖2.1,差分信號線D+和D-接了個ESD器件TPD4S012,實際上是與USB電源和地並接反向二極管,把電流導向USB電源或者地。

有些芯片很容易受靜電的影響,進行ESD試驗時,總是發生複位或者死掉。究其原因,一般都是電源引腳受到幹擾。對此可以對其電源添加LC濾波。一般芯片的VDD管腳旁邊都會有一個去耦電容,但是這個去耦電容是沒有辦法有效攔截靜電的,甚至是幾十uFdetandianrongbingjiexiaodianrong,xiaoguorengjiubujia。zheshihou,ruguozaichuanyigexiaodiangan,qingkuangjiudedaohenhaodegaiguan。jingdianfangdianhuichanshengyigejianfeng,tongshuyugaopinganrao,LC可以很好地將高頻濾除,使通過電感之後的尖峰大大減弱,IC就不容易死機或者複位。本人有一次對整機EMC整改,ESD試驗時,按鍵控製板的MCU老是複位。後來用示波器進行追蹤,發現是外部看門狗芯片發生複位,導致MCU複位。於是先在電源上並接TVS管,還是會複位;再在看門狗芯片VCC管腳旁並接22uF鉭電容,情況好一些,但還是會複位;最後再串接一個0.47uH的貼片電容,組成LC濾波(如圖3.1所示)。在+-6KV的ESD接觸放電下,就再也不會複位,而且工作正常。

PCB要盡量多的鋪地。如果是雙麵板,兩麵都要大麵積鋪銅,而且還要有足夠的地過孔;如果是四層板或以上,主要元件層的臨近平麵層要設置成地層。比如四層板,如果主要元件在頂層,那麼分層為:頂層->地層->電源層->底層;如果主要元件在底層,分層為:頂層->電源層->地層->底層。
想讓靜電得到釋放,就要保證良好的接地。對於醫療電子,一般的醫療電子產品比如監護儀,機身後麵都會有一個等電位接地端。在做ESD試驗的時候,這個接地端也是要接大地的,這樣就有了一個靜電快速泄放的途徑。如圖5.1,假如主電路板分為三個模塊:dianyuanban,zhukongbanhejiekouban,jiekoubandejiekouwaikediyaohexinhaodifenkai,ranhoujiekoubandewaikedihedengdianweiduanyongcudaoxianxianglian。xitongdexinhaodikeyicongdianyuanbandewaikediyuxinhaodixianglianranhougongyongyigencudaoxianyudengdianweiduanxianglian。zhisuoyimeiyoucaiyongmeikuaibandoufenbiejiedaodengdianweiduandexingxingjiedifangfa,shiyinweixingxingjiedihuixingchengjiedihuanlu,congerzengjiashepinzaoshengherongyishoudianciganrao。

從原理圖的設計到PCB的布局布線,EMC的設計思想就不能離開我們的大腦。。設計出了好的原理圖,如果PCBbujubuxianbudang,namechulaidebanzishishibaide。ruguoxinpiandequoudianronglixinpiandeguanjiaohenyuan,nayejiushiqulequoudezuoyong。ruguominganxinhaodezouxiantaichang,jiuhuiyinruyixiangbudaodedianciganrao。zaikangESD方麵,敏感的器件或者信號線(如reset)應該遠離PCB邊緣,防止空氣放電直接幹擾到器件和信號線。PCB邊緣應該留有一定寬度的空隙或者鋪銅。
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