如何解決ESD問題？用幾個實際案例帶你一起分析

來源：EMC容冠電磁更新時間：2024-07-21 閱讀：

某智能手表側(cè)鍵附近打ESD后出現(xiàn)反復(fù)開關(guān)機(jī)現(xiàn)象

根據(jù)反復(fù)重啟的時間判斷，類似于長按Power鍵。檢查Power_On信號，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)被持續(xù)拉低，Power_On信號的原理圖如下：

為了降成本，位置1并沒有貼TVS管，而是用一個電容代替，電容的耐壓值是25V。失效的機(jī)器，這個電容已經(jīng)短路，可以判斷ESD進(jìn)入殼體，直接打壞了位置1的電容。

如果把位置1的電容耐壓提高到50V，能抗的ESD搶數(shù)量會增多，但最終還是會壞。這個項目不是防水的，密封性做的很差，所以才有問題。

解決方法：

把位置1的電容換成TVS管，或者位置1不要貼任何東西，在位置2放一個1nF的電容。靠1K電阻+1nF電容來吸收ESD能量。

另外，在側(cè)鍵的FPC附近，增加了GND露銅區(qū)域，引導(dǎo)ESD先進(jìn)入GND。這也是一種低成本的解決方法，如果ESD能量足夠大，實測幾乎可以把1K電阻打壞。

某智能手表USB接口外殼打ESD造成黑屏死機(jī)問題

充電口是Micro-B型USB接口，靜電接觸放電±10KV，會出現(xiàn)黑屏，死機(jī)，閃屏等現(xiàn)象。

抓死機(jī)Log，沒有發(fā)現(xiàn)什么端倪。

將USB信號逐個引出，VBUS，D+，D-都沒有出現(xiàn)問題，打ID管腳，會出現(xiàn)類似現(xiàn)象。打GND，會很低概率出現(xiàn)類似現(xiàn)象。遂將問題定位到ID管腳，和GND上。

仔細(xì)檢查USB接口附件的Layout，問題如下：

① USB_ID管腳是懸空的。

② 在L3和L6層，靠近USB接口，有與屏相關(guān)的敏感信號。

懸空的ID管腳是知名威脅，靜電積累到一定程度，肯定會對周圍放電，二次放電的威力更大。

USB周圍的有敏感信號，在打ESD時，附近的GND電平瞬間局部抬高，尤其是看到USB接口的屏蔽殼跟表層相連，周圍沒有非常多的過孔打到內(nèi)層GND，這更加重了GND局部電平的提高，這會干擾到這些敏感信號，導(dǎo)致死機(jī)，黑屏，閃屏問題。

解決方法：

USB的固定PIN以及GND PIN，只接主GND，不要每一層都接GND。MIPI，LCD_TE，LCD_RST遠(yuǎn)離USB接口。

某智能手表屏幕朝下，打后殼會黑屏

這是一個SPI接口的顯示屏，問題比較簡單，一個偶然的機(jī)會發(fā)現(xiàn)是SPI信號中，CS線被軟件強(qiáng)制拉低，且一直處于低的狀態(tài)，這樣是不行的。

實測將CS線的行為改成符合SPI協(xié)議，只在傳輸數(shù)據(jù)時拉低，這個黑屏的問題解決了。

某智能手表在USB的GND PIN上注入接觸﹣8KV靜電，會概率關(guān)機(jī)

首先抓取了Log分析，沒有發(fā)現(xiàn)什么線索。

直接拆開整機(jī)，在主板的不同地方的GND，注入ESD，統(tǒng)計關(guān)機(jī)的次數(shù)，得出一個簡單的規(guī)律，只有在靠近電池BTB的地方，才會大概率出現(xiàn)，初步判斷是ESD干擾了電池周圍的信號。

電池BTB周圍的信號有D+，D-，VBUS，MIPI，BAT_ID，BAT_THERM等，逐個在這些信號上，注入小兩級的ESD，比如±2KV，有些信號會導(dǎo)致PMU損壞，有些會導(dǎo)致死機(jī)。只有BAT_ID信號會出現(xiàn)關(guān)機(jī)的現(xiàn)象。

關(guān)機(jī)有兩種可能，一是內(nèi)部軟件流程關(guān)機(jī)，二是電池突然掉電。尤其是第二種，往往很容易忽略。因為某些情況下，ESD注入兩槍，立即就出現(xiàn)了關(guān)機(jī)現(xiàn)象，這很像是電池掉電了。

電池掉電有兩種可能，一是電池保護(hù)板保護(hù)機(jī)制生效，切斷了供電。二是Vbat到PMU的通路被打斷。排查了主板上的器件，Vbat的通路經(jīng)過的都是一些模擬器件，可能性比較小。

我們直接從主板VBAT飛線，連接到程控電源上，再打ESD的時候，發(fā)現(xiàn)就不會關(guān)機(jī)了。這進(jìn)一步說明，在注入ESD時，是電池本身沒有輸出了。

電池保護(hù)板的原理圖如下：

在圖中GND上注入+8KV，沒有問題，因為右邊的TVS吸收了大部分能量，由于正向?qū)?，鉗位電壓較低（小于4.4V），電池保護(hù)板沒有觸發(fā)保護(hù)機(jī)制。但是如果注入-8KV，TVS管開始反向鉗位，瞬間的鉗位電壓較高（大于4.4V），超過電池起保護(hù)電壓，電池觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，MOS管U2斷開，導(dǎo)致關(guān)機(jī)。下圖是TVS管的鉗位特性，也能佐證這個結(jié)論。