EMC調試案例（二）：靜電放電出現系統(tǒng)復位問題分析與調試

來源：風陵渡口話EMC 更新時間：2024-07-20 閱讀：

某款Sound Bar產品±4KV接觸放電出現自動關機現象分析與調試

圖1：產品形態(tài)圖

01、問題現象描述

某款Sound Bar產品自帶藍牙、AUDIO IN、SPDIF_IN、USB功能，可以通過手機連接藍牙播放音樂，也可以通過AUDIO IN端口、SPDIF_IN端口、USB接口播放音樂。在使用手機連接藍牙播放音樂狀態(tài)下進行±4KV接觸放電時出現自動關機現象，重新開機后可以正常連接藍牙播放音樂。

客戶在認證機構進行確認問題現象后，付費委托我司進行整改，客戶提供整改樣機、產品原理圖、PCB Layout圖。

02、問題現象確認

收到樣機后，在公司實驗室進行±4KV靜電放電測試，問題現象與客戶反饋現象基本保持一致。分別使用USB端口、SPDIF_IN端口、AUDIO_IN播放音樂，進行±4KV接觸放電測試時，也會出現快速進入自動待機模式現象，初步確認靜電放電出現自動待機問題與產品的工作模式無關。

03、問題現象分析

根據產品電路原理框圖，如圖2所示可知，MCU芯片是電路的核心，通過總線與其它電路模塊相連，系統(tǒng)出現關機，且按鍵遙控可以正常開機，說明系統(tǒng)沒有宕機。引起系統(tǒng)自動關機的原因主要有：

2系統(tǒng)供電電源跌落，引發(fā)系統(tǒng)重啟，導致系統(tǒng)關機

2系統(tǒng)按鍵被誤觸發(fā)，導致系統(tǒng)關機

2MCU芯片復位信號被干擾，引起系統(tǒng)復位，導致系統(tǒng)關機

2MCU芯片其它信號被干擾，引起系統(tǒng)復位，導致系統(tǒng)關機

圖2：產品電路原理框圖

04、問題分析與調試過程

供電電源穩(wěn)定性排查

根據問題現象分析，首先進行系統(tǒng)供電電源穩(wěn)定性的排查，系統(tǒng)采用DC12V電源輸入，經過12V轉5V DC-DC，經過5V轉3.3V LDO與5V轉1.8V LDO輸出給MCU供電，即MCU是通過線性穩(wěn)壓輸出供電，LDO IC抗干擾能力相對較強，受到靜電放電干擾的概率非常少，對12V轉5V DC-DC進行排查，使用穩(wěn)壓電源替代12V DC-DC電源后，進行靜電放電測試問題現象依舊，基本排除供電電源受靜電放電干擾的可能性。

按鍵控制信號排查

正查開機后將按鍵控制信號連接線纜移除，進行靜電放電測試問題現象仍然存在；將按鍵信號靠近MCU IC引腳處斷開，只保留遙控功能，進行靜電放電測試問題現象也存在；基本排除是按鍵控制信號受到靜電放電干擾導致系統(tǒng)自動關機的可能性。

復位信號排查

根據原理圖復位電路設計，可知復位電路是采用RC電路，上電瞬間電容被充電復位信號的電平被拉低，電容充滿電后復位信號恢復高電平，即系統(tǒng)完成復位動作。用鑷子來短路復位信號電容,觀察出現的問題現象同靜電放電時的現象基本相同。

檢查PCB Layout設計，發(fā)現復位信號上的濾波電容放置位置距離MCU IC復位信號的引腳較遠，復位信號濾波電容構成的濾波環(huán)路面積則相對較大，靜電放電過程中產生的高頻噪聲則較容易在其環(huán)路中產生感應噪聲，導致復位信號誤動作，引發(fā)系統(tǒng)復位出現自動關機現象。

圖3：復位信號PCB Layout布線圖

將復位信號遠端的濾波電容拆掉，在靠近MCU IC復位引腳處增加0.1uF/25V的濾波電容，然后進行±4KV接觸放電測試，自動關機現象消失，測試結果PASS，修改方案如下圖所示：

圖4：復位信號濾波電容靠近MCU IC引腳放置

05、問題產生的根因分析

由于產品采用純塑膠結構設計，無完整的金屬平面作為參考地與靜電電流泄放路徑，靜電放電電流只能從板卡的參考地平面回流到DC-IN電源，從電源回流到電源PE的參考地平面，再通過PE參考地返回靜電放電源頭。

靜電放電產生的高頻電流在板卡地平面流動時，由于高頻下地平面寄生電感的存在，高頻靜電電流流過板卡參考地平面時會引發(fā)參考地平面的地電位的快速波動；而由于復位信號布線較長，構成的濾波環(huán)路面積較大，容易感應靜電放電噪聲，觸發(fā)復位信號后引起系統(tǒng)的誤復位，進入自動待機模式。