一種汽車(chē)視頻控制器的ESD仿真分析

　　引言

　　當今時(shí)代科技發(fā)展日新月異，汽車(chē)周邊的電磁環(huán)境也越來(lái)越復雜，車(chē)載電子設備也日益增多，相應地也就帶來(lái)越來(lái)越多的電磁干擾問(wèn)題。這對汽車(chē)電子零部件也提出了越來(lái)越高的電磁兼容(EMC)性能要求，同時(shí)它們的設計、測試和整改卻給整車(chē)研發(fā)時(shí)間和成本帶來(lái)了較大壓力。在產(chǎn)品設計階段引入EMC 仿真，結合過(guò)往汽車(chē)零部件的EMC測試數據和記錄，可以在設計早期發(fā)現EMC問(wèn)題，為企業(yè)減少研發(fā)和測試成本，并能為整車(chē)的開(kāi)發(fā)節省寶貴的時(shí)間。

　　汽車(chē)電子領(lǐng)域的電磁兼容測試分為輻射，抗擾，瞬態(tài)以及靜電放電測試。靜電放電測試是其中最為基本的一項測試，它模擬了由于汽車(chē)在不同的氣候和環(huán)境條件下人員可能會(huì )帶上非常高的靜電，這就會(huì )對車(chē)載電子設備造成很大的靜電放電沖擊。為了保證人員在使用車(chē)載電子設備時(shí)的可靠性和安全性，因此非常有必要對汽車(chē)電子零部件進(jìn)行靜電放電測試。

　　本文主要介紹電磁兼容測試中的抗靜電能力(ESD)的評估分析和整改。具體失效問(wèn)題為在正常上電工作模式下，當對視頻控制器附近的鍍鉻飾條釋放4kV的靜電時(shí)，靜電電壓會(huì )從控制器的螺絲固定點(diǎn)放電進(jìn)入內部的PCB板，導致TFT屏幕異常閃爍，這會(huì )對售后造成用戶(hù)抱怨。解決問(wèn)題的關(guān)鍵就是要知道靜電電流在PCB上是如何流動(dòng)的，然后切斷靜電泄放通路或者減小流動(dòng)的電流。本文后面會(huì )通過(guò)多級仿真軟件聯(lián)合仿真來(lái)進(jìn)行ESD失效的仿真和實(shí)測分析。

　　1 ESD仿真方法

　　實(shí)際的靜電測試分為三種工況：一種為零件處于上電狀態(tài)，靜電槍直接對著(zhù)被測零件放電;第二種為零件處于上電狀態(tài)，靜電槍對著(zhù)與被測零件相關(guān)的遠端線(xiàn)束放電;第三種為不上電狀態(tài)，模擬零件在生產(chǎn)過(guò)程中的搬運狀況。這里我們主要研究最容易出問(wèn)題的上電狀態(tài)。

　　具體的上電模式的靜電放電測試方法為，在濕度溫度達到一定要求(23℃±3℃，濕度20%～40%)的屏蔽室內，將被測零件放置到墊有絕緣層的接地桌上接上電源及輔助設備保證其能正常工作，然后就可以用配備正確放電網(wǎng)絡(luò )的靜電槍對準被測零件表面或者與被測零件相關(guān)線(xiàn)束的遠端進(jìn)行靜電放電測試。

　　了解清楚了實(shí)際的靜電放電測試是怎么做的，我們就可以有的放矢的對照著(zhù)做仿真測試，相應的也要在仿真環(huán)境中建立靜電產(chǎn)生源—靜電槍模型，被測零件—提取相關(guān)電路，試驗環(huán)境—ESD臺架模型。

　　本視頻控制器的ESD仿真步驟包括：建立ESD靜電槍的仿真模型，搭建ESD測試臺架模型，提取幾何實(shí)物模型(PCB板相關(guān)電路的提取)，然后利用PSpice等工具聯(lián)合仿真等幾個(gè)主要的步驟，下面將結合視頻控制器ESD問(wèn)題進(jìn)行具體分析。

　　1.1 靜電槍的仿真模型

　　市面上的靜電放電槍有很多種，但原理大同小異，主要由直流電壓發(fā)生器、充電電容、充電電阻、放電電阻、放電開(kāi)關(guān)和放電頭組成。

　　那我們進(jìn)行靜電測試仿真，首先第一步也是最關(guān)鍵的就是要建立ESD靜電槍的模型，并且確保放電網(wǎng)絡(luò )和波形能符合標準測試的要求。根據靜電槍的工作原理及電氣構造(如圖1)，我們提取出靜電槍的電氣參數，然后使用仿真軟件建立ESD靜電槍的電路模型。

　　圖2和表1是我們在仿真軟件中建立的靜電槍的電氣原理圖和其相關(guān)的參數表。

　　然后通過(guò)仿真運行，得到靜電槍仿真模型模擬出的高壓靜電波形如圖3與圖4，與ISO 10605標準中規定的波形比較，完全符合標準要求。