ESD靜電測試整改思路分享

發(fā)布人：電巢時(shí)間：2022-09-30 來源：工程師

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

ESD測試標(biāo)準(zhǔn)

靜電放電對電子產(chǎn)品會造成嚴(yán)重的危害，所以國際上很早就對靜電放電展開了研究，并制訂了對電子產(chǎn)品規(guī)范化的測試標(biāo)準(zhǔn)《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(mào)以來，也致力跟進(jìn)步伐向世界的科技前沿國家靠攏，在國際電工委員會制訂的ESD測試標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制訂了國內(nèi)測試標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17626.2》

ESD靜電放電波形

ESD測試是最常見的EMC測試之一，標(biāo)準(zhǔn)中測試結(jié)果評定分成四個級別：

a）在制造商、委托方或購買方規(guī)定的限值內(nèi)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(fù)，不需要操作者干預(yù)。</span>

c）功能或性能暫時(shí)喪失或降低，但需操作者干預(yù)才能恢復(fù)。</p>

d）因設(shè)備硬件或軟件損壞，或數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)的功能喪失或性能降低。

在ESD測試過程中，最容易出現(xiàn)的問題是受試產(chǎn)品死機(jī)或重啟，重啟問題只要客戶能接受是沒有問題的，出現(xiàn)死機(jī)問題只要設(shè)置看門狗程序（watchdog），受試設(shè)備也可以自動重啟。但是在ESD測試中經(jīng)常會出現(xiàn)，設(shè)備芯片或芯片的I/O口被靜電擊穿，造成受試設(shè)備不可恢復(fù)的問題。

ESD測試等級

ESD測試整改是讓很多工程師門頭痛的問題，因?yàn)闊o法測得其電路中的靜電電壓，就無法知道它的沖擊路徑，總讓人感覺無跡可循琢磨不透。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(yàn)還沒有適應(yīng)其快而短打法。

ESD測試整改有三個基本理論：

其一是“泄”，以柔克剛，四兩撥千斤。

其二是“擋”，一夫當(dāng)關(guān)，萬夫莫開。

其三是“箝”，三十六計(jì)，以巧取勝。

Type-c靜電放電保護(hù)方案

在實(shí)際應(yīng)用中“泄”最為廣泛，只要在受試設(shè)備內(nèi)部設(shè)置泄放路徑，便可將其收服?！皳酢钡膽?yīng)用也非常受工程師們的喜愛，比如用磁隔離、光電隔離、電容隔離、濾波器等。當(dāng)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ESD測試整改思路，無論什么辦法，能把解決問題的，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線之間，電流從L進(jìn)入，流過整流二極管正極，再流經(jīng)負(fù)載，通過熱地，到整流二極管，再回到N，在這條通路上，有高速開關(guān)的大功率器件，有反向恢復(fù)時(shí)間極短的二極管，這些器件產(chǎn)生的高頻干擾，都會從整條回路流過，從而被接收機(jī)檢測到，導(dǎo)致傳導(dǎo)超標(biāo)。

1.2共模干擾：共模干擾是因?yàn)榇蟮嘏c設(shè)備電纜之間存在寄生電容,高頻干擾噪聲會通過該寄生電容，在大地與電纜之間產(chǎn)生共模電流，從而導(dǎo)致共模干擾。

下圖為差模干擾引起的傳導(dǎo)FALL數(shù)據(jù)，該測試數(shù)據(jù)前端超標(biāo)，為差模干擾引起：

下圖為開關(guān)電源EMI原理部分：

圖中CX2001為安規(guī)薄膜電容（當(dāng)電容被擊穿或損壞時(shí)，表現(xiàn)為開路）其跨在L線與N線之間，當(dāng)L-N之間的電流，流經(jīng)負(fù)載時(shí)，會將高頻雜波帶到回路當(dāng)中。此時(shí)X電容的作用就是在負(fù)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，而不會進(jìn)入市電，即通過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?yàn)楣材ｋ姼袔追N繞線方式，雙線并繞或雙線分開繞制，不管哪種繞法，由于繞制不緊密，線長等的差異，肯定會出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象，即一邊線圈產(chǎn)生的磁力線不能完全通過另一線圈，這使得L-N線之間有感應(yīng)電動勢，相當(dāng)于在L-N之間串聯(lián)了一個電感）

下圖為共模干擾測試FALL數(shù)據(jù)：

電源線纜與大地之間的寄生電容，使得共模干擾有了回路，干擾噪聲通過該電容，流向大地，在LISN-線纜-寄生電容-地之間形成共模干擾電流，從而被接收機(jī)檢測到，導(dǎo)致傳導(dǎo)超標(biāo)（這也可以解釋為什么有的主板傳導(dǎo)測試時(shí)，不接地通過，一夾地線就超標(biāo)。USB模式下不接地時(shí)，電流回路只能通過L-二極管-負(fù)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(dāng)主板的冷地與大地直接相連時(shí)，線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，就會導(dǎo)致傳導(dǎo)超標(biāo)）

對共模干擾的整改對策：

1. 加大共模電感感量

2. 調(diào)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，從而減小線纜與大地的寄生電容。

2）產(chǎn)品電磁兼容騷擾源有：

1、設(shè)備開關(guān)電源的開關(guān)回路：騷擾源主頻幾十kHz到百余kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

2、設(shè)備直流電源的整流回路：工頻線性電源工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百kHz；開關(guān)電源高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)十MHz。

3、電動設(shè)備直流電機(jī)的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。

4、電動設(shè)備交流電機(jī)的運(yùn)行噪聲：高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

5、變頻調(diào)速電路的騷擾****：開關(guān)調(diào)速回路騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz。

6、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)切換的開關(guān)噪聲：由機(jī)械或電子開關(guān)動作產(chǎn)生的噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百M(fèi)Hz。

7、智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)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(shù)百M(fèi)Hz。