电磁兼容静电整改案例1、2及其如何解决ESD不过问题

案例1
ESD空气放电,是指静电枪头没有直接接触金属,通过空气放电的方式注入PCB板上;按照实验标准的测试方法,对于孔缝等人体无法直接接触的端口进行空气放电实验。
一、描述:
本次实验产品是一款蓝牙音箱,其外露的端口主要有AUX,以及USB金属端口;AUX端口为塑胶,按照实验标准,对其进行空气放电8KV,在测试的时候,我们发现样机很容易会出现声音异常现象,并且无法正常关机,需直接断电才能消失。重新上电后,音箱的声音已经发生了变质,判断等级为D级。换一块PCB板后样机可以重新工作。
二、整改过程:
经过审核AUX端口的结构,我们发现其内部有金属引脚延伸比较长,并且每个引脚都是直接与IC的PING脚相连;从而使得静电可以通过金属引脚直接干扰到IC引脚。所以首先在这三个引脚对地并联ASIM ESD(型号:CV0402VT6201T),再进行空气放电的时候,发现样机没有出现之前出现的声音异常现象。如下图为整改PCB图
电磁兼容静电整改案例1、2及其如何解决ESD不过问题
电磁兼容静电整改案例1、2及其如何解决ESD不过问题
再此也设计出一般AUX的静电以及EMI防护方案:
电磁兼容静电整改案例1、2及其如何解决ESD不过问题
案例2
一、ESD放电分析:
ESD放电的过程中,会产生瞬间的高电压,大电流和宽带的电磁干扰,以至于电子组件失效、损坏、降低可靠度,大至电子系统设备误动作、损毁,甚至会酿成重大灾难。
二、整改前实验现象:
此次实验对象是一款多功能蓝牙音箱,其有AUX、蓝牙、USB、TF卡等模式。在蓝牙模式充电的情况下,设备在进行空气±8KV放电的时候,机器会出现断蓝牙,复位的现象。
三、整改过程:
   由于对音箱进行接触放电的时候,发现音箱不会出现类似现象;于是先将PCB板的地定义为完整地;只要将静电导到地上就行;所以第一步措施为:将AUX信号线上串上磁珠(ASIM型号:CVB1005C152T)并且对地并联ESD器件(ASIM型号:CV0402VT6201T),如下图:
电磁兼容静电整改案例1、2及其如何解决ESD不过问题
电磁兼容静电整改案例1、2及其如何解决ESD不过问题
其基本原理为:
电磁兼容静电整改案例1、2及其如何解决ESD不过问题
整改好后,重新对音箱进行空气±8KV测试,发现现象有所改善,但是还是没有彻底根除。于是查看PCB原理图,发现机器MCU并没有复位脚。根据实验现象,模拟出现这种现象的状态;最终确认,此状态与将电池插拔一样;于是将目光定与电源上,其中就包括了MCU供电,USB充电口和电池。并且我们发现只有是将USB充电线连接上,才会出现这种现象。所以我们就在MCU VCC上对地并联ESD器件(型号:CV0402VT6201T)并串联磁珠(ASIM型号:CVB1608E152T),并且在USB充电口对地并联ESD器件(ASIM型号:CV0402VT6201T),如下图:
电磁兼容静电整改案例1、2及其如何解决ESD不过问题
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再次进行实验,进行空气±8KV放电,放电次数为10次,样机无明显异常现象。整改结束!
四、整改心得:
从ESD测试配置描述可以看出,再进行ESD测试时,需要将静电枪的接地线接至参考接地板,EUT放置于参考接地板之上,静电枪放电枪头指向EUT中各种可能会被手触摸到的部位或水平耦合板和垂直耦合板,这就决定了ESD测试是一种以共模为主的抗扰度测试,因为ESD电流最终总要流向参考接地板。
从静电放电波形分析,其上升沿时间为0.7ns到1ns,根据傅里叶变换可知其频谱宽度能达到300MHZ。ESD器件的响应时间一般为PS级别,所以用ESD器件去防护静电是一种有效的措施。
从静电的脉冲宽度看出,静电的脉冲持续时间很短,其能量比浪涌小很多,所以绝大多数的小功率的ESD器件足以满足对其的泄放。
ESD器件其主要是并联在线路上,当静电事件发生的时候,ESD器件能够瞬间导通,给静电提供一条低阻抗的回路。这里需要注意几点:
一、ESD器件的泄放地一定要完整,完整地的定义为长宽比小于3的(没有缝隙、没有开孔)二、ESD器件必须要放在信号线的主路上,不能放在支路上,不然会使得ESD器件的效果大大降低。
三、如果ESD器件是放在高速信号上,一定要考虑ESD结电容对信号的影响程度,信号速率越高,对ESD器件的结电容大小要求越低(即信号速率越高,ESD结电容越低)。

如何解决ESD不过问题

ESD测试是EMC测试一项基本的测试项目,ESD的抗扰能力不仅来自芯片的esd耐压,pcb布局,甚至和产品的工艺也是有联系的,常见的ESD实验等级为接触放电,那么如果打ESD不过是什么原因,又该如何解决这个问题呢?
电磁兼容静电整改案例1、2及其如何解决ESD不过问题
对在外部的一些接口,像usb,dc,sd卡这些,在进行接触放电的时候,静电就会很容易串联到电源线上面,静电就由共模变成了差模,这时电源产生很高的尖峰,会导致死机,复位等问题。对于电源的esd保护,可以用TVS管来解决。TVS管响应速度很快,对静电有很好的泄放作用。要尽量的靠近接口的位置,阴极最好是以最近的路径街道接口的外壳地。
芯片受静电的影响也是会发生复位或者是坏掉。这种情况一般是电源的引脚受到干扰。可以对电源添加lc滤波,串联一个小电感就会得到很好地改善。
Pcb要尽量多的铺地。双面板两面都要大面积的铺铜,而且还要有足够的地过孔;如果是四层板或者是更多。可以把主要元器件临近的平面层设为地层。
想要静电得到良好的释放,就要保证良好的接地,所以从原理到pcb设计,都必须贯穿EMC的设计思想,才能合理的布线,去耦电容才能发挥作用。在抗ESD方面,敏感器件或者是信号线应该原理pcb边缘,防止空气放电干扰到器件和信号线。所以pcb边缘应该留有空隙或者是铺铜。
——本文来源于深圳市阿赛姆科技有限公司(http://www.asim-emc.com/)
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  结束语
  EMC问题三要素和了解EMC三个规律,会使得EMC问题变的有规可循,坚持EMC的规律使得解决EMC问题省时省力,事半功倍。
EMC寄语随着时代的发展,越来越多的电子、电气设备或系统产品都需要进行检验检测,其中EMC测试是必备的检验检测指标之一。但EMC测试项目费用较贵,EMC实验室造价昂贵,绝大部分测量设备又需要采用进口设备,导致很少检验检测机构有能力建造EMC实验室。产品的EMC性能是设计阶段赋予的,一般电子产品设计时如果不考虑EMC因素,就会很容易导致EMC测试失败,以致不能通过相关EMC法规的测试或认证。例如,产品设计研发工程师们根据需求,设计出效果良好的滤波电路,置入产品I/O(输入/输出)接口的前级,可使因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处;设计出隔离电路(如变压器隔离和光电隔离等)解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰,同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰;设计出能量吸收回路,从而减少电路、器件吸收的噪声能量;通过选择元器件和合理安排的电路系统,使干扰的影响减少。
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