ESD靜電測試整改思路分享

ESD測試標準

靜電放電對電子產(chǎn)品會(huì )造成嚴重的危害，所以國際上很早就對靜電放電展開(kāi)了研究，并制訂了對電子產(chǎn)品規范化的測試標準《IEC61000-4-2》，為提高電子產(chǎn)品的可靠性起到了重要的作用。

我國在加入世貿以來(lái)，也致力跟進(jìn)步伐向世界的科技前沿國家靠攏，在國際電工委員會(huì )制訂的ESD測試標準的基礎上制訂了國內測試標準《GB/T 17626.2》

ESD靜電放電波形

ESD測試是最常見(jiàn)的EMC測試之一，標準中測試結果評定分成四個(gè)級別：

a）在制造商、委托方或購買(mǎi)方規定的限值內性能正常。</p>

b）功能或性能暫時(shí)喪失或降低，但在騷擾停止后能自行恢復，不需要操作者干預。</span>

c）功能或性能暫時(shí)喪失或降低，但需操作者干預才能恢復。</p>

d）因設備硬件或軟件損壞，或數據丟失而造成不能恢復的功能喪失或性能降低。

在ESD測試過(guò)程中，最容易出現的問(wèn)題是受試產(chǎn)品死機或重啟，重啟問(wèn)題只要客戶(hù)能接受是沒(méi)有問(wèn)題的，出現死機問(wèn)題只要設置看門(mén)狗程序（watchdog），受試設備也可以自動(dòng)重啟。但是在ESD測試中經(jīng)常會(huì )出現，設備芯片或芯片的I/O口被靜電擊穿，造成受試設備不可恢復的問(wèn)題。

ESD測試等級

ESD測試整改是讓很多工程師門(mén)頭痛的問(wèn)題，因為無(wú)法測得其電路中的靜電電壓，就無(wú)法知道它的沖擊路徑，總讓人感覺(jué)無(wú)跡可循琢磨不透。其實(shí)不然，靜電同樣具有“電”往低處流的特性，只是靜電放電時(shí)間快而短，常言道天下武學(xué)唯快不破，而我們的經(jīng)驗還沒(méi)有適應其快而短打法。

ESD測試整改有三個(gè)基本理論：

其一是“泄”，以柔克剛，四兩撥千斤。

其二是“擋”，一夫當關(guān)，萬(wàn)夫莫開(kāi)。

其三是“箝”，三十六計，以巧取勝。

Type-c靜電放電保護方案

在實(shí)際應用中“泄”最為廣泛，只要在受試設備內部設置泄放路徑，便可將其收服?！皳酢钡膽靡卜浅Ｊ芄こ處焸兊南矏?ài)，比如用磁隔離、光電隔離、電容隔離、濾波器等。當靜電對芯片通信口、I/O口、控制口擊穿時(shí)，“箝”的作用也是非常重要的。

以上提供三個(gè)ESD測試整改思路，無(wú)論什么辦法，能把解決問(wèn)題的，就是好辦法。

電磁兼容整改小技巧:

1）差模干擾與共模干擾

1.1差模干擾：存在于L-N線(xiàn)之間，電流從L進(jìn)入，流過(guò)整流二極管正極，再流經(jīng)負載，通過(guò)熱地，到整流二極管，再回到N，在這條通路上，有高速開(kāi)關(guān)的大功率器件，有反向恢復時(shí)間極短的二極管，這些器件產(chǎn)生的高頻干擾，都會(huì )從整條回路流過(guò)，從而被接收機檢測到，導致傳導超標。

1.2共模干擾：共模干擾是因為大地與設備電纜之間存在寄生電容,高頻干擾噪聲會(huì )通過(guò)該寄生電容，在大地與電纜之間產(chǎn)生共模電流，從而導致共模干擾。

下圖為差模干擾引起的傳導FALL數據，該測試數據前端超標，為差模干擾引起：

下圖為開(kāi)關(guān)電源EMI原理部分：

圖中CX2001為安規薄膜電容（當電容被擊穿或損壞時(shí)，表現為開(kāi)路）其跨在L線(xiàn)與N線(xiàn)之間，當L-N之間的電流，流經(jīng)負載時(shí)，會(huì )將高頻雜波帶到回路當中。此時(shí)X電容的作用就是在負載與X電容之間形成一條回路，使的高頻分流，在該回路中消耗掉，而不會(huì )進(jìn)入市電，即通過(guò)電容的短路交流電讓干擾有回路不串到外部。

對差模干擾的整改對策：

1. 增大X電容容值

2. 增大共模電感感量，利用其漏感，抑制差模噪聲（因為共模電感幾種繞線(xiàn)方式，雙線(xiàn)并繞或雙線(xiàn)分開(kāi)繞制，不管哪種繞法，由于繞制不緊密，線(xiàn)長(cháng)等的差異，肯定會(huì )出現漏磁現象，即一邊線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁力線(xiàn)不能完全通過(guò)另一線(xiàn)圈，這使得L-N線(xiàn)之間有感應電動(dòng)勢，相當于在L-N之間串聯(lián)了一個(gè)電感）

下圖為共模干擾測試FALL數據：

電源線(xiàn)纜與大地之間的寄生電容，使得共模干擾有了回路，干擾噪聲通過(guò)該電容，流向大地，在LISN-線(xiàn)纜-寄生電容-地之間形成共模干擾電流，從而被接收機檢測到，導致傳導超標（這也可以解釋為什么有的主板傳導測試時(shí)，不接地通過(guò)，一夾地線(xiàn)就超標。USB模式下不接地時(shí)，電流回路只能通過(guò)L-二極管-負載-熱地-二極管-N,共模電流不能回到LISN，LISN檢測到的噪聲較小，而當主板的冷地與大地直接相連時(shí)，線(xiàn)纜與大地之間有了回路，此時(shí)若共模噪聲未被前端LC濾波電路吸收的話(huà)，就會(huì )導致傳導超標）

對共模干擾的整改對策：

1. 加大共模電感感量

2. 調整L-GND，N-GND上的LC濾波器，濾掉共模噪聲

3. 主板盡可能接地，減小對地阻抗，從而減小線(xiàn)纜與大地的寄生電容。

2）產(chǎn)品電磁兼容騷擾源有：

1、設備開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)回路：騷擾源主頻幾十kHz到百余kHz，高次諧波可延伸到數十MHz。

2、設備直流電源的整流回路：工頻線(xiàn)性電源工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數百kHz；開(kāi)關(guān)電源高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數十MHz。

3、電動(dòng)設備直流電機的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。

4、電動(dòng)設備交流電機的運行噪聲：高次諧波可延伸到數十MHz。

5、變頻調速電路的騷擾****：開(kāi)關(guān)調速回路騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz。

6、設備運行狀態(tài)切換的開(kāi)關(guān)噪聲：由機械或電子開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。

7、智能控制設備的晶振及數字電路電磁騷擾：騷擾源主頻幾十kHz到幾十MHz，高次諧波可延伸到數百MHz。

8、微波設備的微波泄漏：騷擾源主頻數GHz。

9、電磁感應加熱設備的電磁騷擾****：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數十MHz。

10電視電聲接收設備的高頻調諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數十MHz到數百MHz，高次諧波可延伸到數GHz。

11、信息技術(shù)設備及各類(lèi)自動(dòng)控制設備的數字處理電路：騷擾源主頻數十MHz到數百MHz（經(jīng)內部倍頻主頻可達數GHz），高次諧波可延伸到十幾GHz。

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