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ESD测试不懂怎么办?硕凯电子来帮您

作者:硕凯电子   文章来源:硕凯电子   发布时间:2017-09-08 09:28:45

所有电子产品在上市前都需要经过各种EMC测试,只有符合测试标准,产品才能正式投入市场。而ESD测试是EMC测试标准的一项基本测试项目,ESD测试对硬件工程师来说无疑是一种考验,它是考察前期设计是否周全、PCB布线是否合理,以及产品制造工艺是否成熟的检验法宝。

硕凯电子配备设备齐全的EMC实验室,也经常帮助客户解决ESD测试问题,下面是由硕凯小编整理的一些关于ESD测试的解决思路:

对于整机来说,ESD抗扰能力不仅仅来自芯片的ESD耐压,PCB的布局布线,甚至与工艺结构也有密切关系。常见的ESD试验等级为接触放电:1级——2KV;2级——4KV;3级——6KV;4级——8KV;空气放电:1级——2KV;2级——4KV;3级——8KV;4级——15KV。对于不同行业的电子设备来说,测试等级可能都不一样,这个时候就需要具体问题具体分析。

对裸露在外部的一些接口,像USB、VGA、DC、SD卡等等,对这些接口进行接触放电时,静电很容易就会“串”到电源线上,静电由本来的共模变成了差模,此时电源上就会产生一个很高的尖峰,很多芯片都承受不了,发生死机,复位等问题。对于电源VCC的ESD保护,可以并接TVS管来解决。TVS管与稳压二极管很相似,都有一个额定的电压,不同的是它的响应速度特别快,对静电有很好的泄放作用。硕凯电子针对USB2.0端口专门设计了一种ESD防护方案:如图1,在USB2.0的电源线,数据用1颗TVS对地做防护,钳位静电电压。采用的硕凯TVS管型号是ESD05V14T-LC,它的结电容小于1.2pF,在USB2.0最高速率480Mbps时都可以完成传输信号,采用SOT-143,体积小,节约PCB 空间,便于工程师设计。

USB2.0防护方案


对外接口的信号线同样也需要保护,不然静电经过信号线直接到达芯片IO管脚,虽然芯片的IO都有二极管保护,一般可以抵御+-2KV的静电,但是对于+-6KV的ESD接触放电,就会遭遇损坏的风险。同样是USB接口,如图2,差分信号线D+和D-接了个ESD器件ESD05V14T-LC,实际上是与USB电源和地并接反向二极管,把电流导向USB电源或者地。


有些芯片很容易受静电的影响,进行ESD试验时,总是发生复位或者死掉。究其原因,一般都是电源引脚受到干扰。对此可以对其电源添加LC滤波。一般芯片的VDD管脚旁边都会有一个去耦电容,但是这个去耦电容是没有办法有效拦截静电的,甚至是几十uF的钽电容并接小电容,效果仍旧不佳。这时候,如果再串一个小电感,情况就得到很好的改观。静电放电会产生一个尖峰,同属于高频干扰,LC可以很好地将高频滤除,使通过电感之后的尖峰大大减弱,IC就不容易死机或者复位。

PCB要尽量多的铺地。如果是双面板,两面都要大面积铺铜,而且还要有足够的地过孔;如果是四层板或以上,主要元件层的临近平面层要设置成地层。比如四层板,如果主要元件在顶层,那么分层为:顶层->地层->电源层->底层;如果主要元件在底层,分层为:顶层->电源层->地层->底层。

想让静电得到释放,就要保证良好的接地。对于医疗电子,一般的医疗电子产品比如监护仪,机身后面都会有一个等电位接地端。在做ESD试验的时候,这个接地端也是要接大地的,这样就有了一个静电快速泄放的途径。如图3,假如主电路板分为三个模块:电源板,主控板和接口板,接口板的接口外壳地要和信号地分开,然后接口板的外壳地和等电位端用粗导线相连。系统的信号地可以从电源板的外壳地与信号地相连然后共用一根粗导线与等电位端相连。之所以没有采用每块板都分别接到等电位端的星形接地方法,是因为星形接地会形成接地环路,从而增加射频噪声和容易受电磁干扰。

ESD测试要考虑的方面很多,从电路原理图的设计,PCB板的布线再到基础元器件的选择,电路保护元件的合理应用,步步都可能影响着ESD测试的结果。这考验着硬件工程师们扎实的理论基础,丰富的设计经验,如果想要做到面面俱到这无疑有些苛刻。硕凯免费EMC实验室,专业FAE工程师全程跟进,提供测试方案咨询及实验技术支持,专注电路过流过压浪涌防护测试、整改,力争为客户打造免费的一站式电磁兼容解决方案研究基地。硕凯电子免费电磁兼容(EMC)测试项目现已全面启动,欢迎测试预约。


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