ESD测试与整改设计参考.ppt

ESD测试与整改设计 目录 1 名词解释2 ESD测试设备3 ESD标准文件4 ESD测试要求5 ESD设计思路与经验6 ESD整改思路与经验7 ESD生活小提示 1 名词解释 ESD ElectroStaticDischargeEUT EquipmentundertestEMC Electro MagneticCompatibility EMI EMSEMI Electronic MagneticInterference ConductedEmissions AC DC RadiatedEmission Harmonics Flicker 谐波电流测试EMS Electronic MagneticSusceptibility 辐射 RadiatedImmunity RFConductImmunity 静电放电 ESD 电快速瞬变脉冲 BURST 浪涌 Surge 电压变化 突降 中断 Voltagedipsandinterruptions EOS ElectricalOverstress EOS 指所有的过度电性应力 超过其最大指定极限后 器件功能会减弱或损坏 Esd是造成Eos的原因之一 但是不一定造成EOS 很多其他的原因也造成Eos 国际电工委员会 IEC InternationalElectrotechnicalCommission istheinternationalstandardsandconformityassessmentbodyforallfieldsofelectrotechnology 耦合板 couplingplane 一块金属片或金属板 对其放电用来模拟对EUT附近的物体放电 做间接放电实验 个人感觉这个板还有作为EUT的参考地的作用 所以做ESD实验的时候 EUT要求放在水平耦合板的板边0 1米以内 如果EUT过大 需要增加耦合板 保护目标 ESD容易发生问题的元件或模块 需要提供ESD保护措施 比如主ic memeory flash etc 2 ESD测试设备 1 静电放电发生器 下图是某两种设备 一般打接触放电的用尖头 空气放电用圆头 2 台式设备 试验配置 一个放在接地参考平面上的0 8m高的木桌 放在桌面上的水平耦合板 HCP 面积为1 6m 0 8m 垂直耦合板 VCP 面积为0 5m 0 5m 一个厚0 5mm厚的绝缘垫 将EUT电缆与HCP隔离 接地参考平面 应是一种最小厚度为0 25mm的铜或铝的金属薄板 其它金属材料虽可使用 但它们至少有0 65mm的厚度 接地参考平面的最小尺寸为1平米 实际的尺寸取决于EUT的尺寸 而且每边至少应伸出EUT或耦合板之外0 5m 并将它与保护地系统相连 耦合板 应采用和接地参考平面相同的金属和厚度 而且经过每端分别设置470K 的电阻与接地参考平面连接 3 ESD标准文件 GBT17626 2 2006 中国国家标准 整机ESD测试 IEC60001 4 2 2001 IEC标准 整机ESD测试 JEDECJESD22 A114 B 美国美国电子工业联合会标准 人体模型条件下电子元件的的静电放电敏感度试验 ESDAESDSTM5 1 美国静电放电协会标准 人体模型条件下电子元件的的静电放电敏感度试验 器件ESD测试标准 目前此类的标准划分了整机和元器件两个级别 前者通常列为EMC测试的一种 主要用于测试产品在使用和维修当中耐受静电放电的能力 典型的标准时IEC61000 4 2 后者主要用于测试元器件耐受静电的能力 划分为HBM human bodymodel人体模型 MM machinemodel机器模型 和CDM chargeddevicemodel带电器件模型 三种模型 标准规定测试电路和方法 典型的标准MIL883 ESDSTM5 1 ESDSTM5 2 ESDSTM5 3 1 JESDD22 114等 主要的标准组织包括美 标 MIL 美国静电放电协会 ESDA 国际电工委员会 IEC 美国电子工业联合会 EIA JEDEC 汽车电子工业协会 AEC 和国际电子工程师组织 IEEE 等 早期的标准在上世纪六七十年代就已形成 主要的标准基本一致 2000年后无太大变化 目前新标准的发展以ESDA的居多 4 ESD测试要求 一般一个端子 10次单次放电 每次放电的时间间隔 1秒 能接触到的端子打接触放电 不能直接接触的端子 比如按键 打空气静电 但是有些厂家也要求接触到的端子也打空气放电 各厂家要求的放电等级不同 国标ESD等级参考下一页的图表 接触放电一般的要求系统能够自动恢复的电压值 海尔 Skyworth 8kv Hisense TCL 6kv Konka Xoceco 4kv Changhong内销好象不打 ESD放电波形 来源于GBT17626 2 5 ESD设计思路与经验 ESD现象在日常生活中经常发生 售后反馈里也有不少ESD的质量问题 所以开发人员要搞好ESD 提升产品可靠性 如果产品ESD特性不好 问题反馈不断 一定不是大家所希望的 一 ESD设计一般的三个方向 降低减弱ESD放电对保护目标的冲击强度 增加保护目标ESD免疫力 Robust Software看门狗 reset 怎样降低减弱ESD放电对保护目标的冲击强度 一般是割地 串电阻磁珠 加esd器件 对地并电容 减短目标器件的pin脚引线 怎样增加保护目标的抗ESD强度 Robust 一般是增加目标的参考地的完整性 减小供电电源的高频电流环路的面积 降低输入端子子对参考地的高频输入阻抗 IC设计时在内部集成esd 外加接地屏蔽罩 怎样加看门狗 reset 软件看门狗 就是主循环死掉就reset 加状态检测是看寄存器 io口状态对不对 不对就reset 二 ESD对保护目标的冲击一般有三个途径 地的传导 信号线 电源线 I O线上的传输 空间的辐射 都控制好了 就可从冲击路径上解决ESD问题 三 电子产品的结构工程师 软硬件工程师在设计初始就能互相配合 让结构注意写保护的控制正确 3 硬件ESD设计 1 尽量保证主ic的每个电源脚就近有个瓷片去藕电容 大小一般为100n 当然如果两个电源脚电压相同 性质相接近 可以考虑两个脚共用一个电容 可以节省空间 在Layout的方法上 建议电源脚附近的去藕电容要尽量靠近主ic 如果有可能 电源的走线是先经过电容 后到主ic的电源脚 这种layout方法不仅对esd有效 对emi的特性也有非常有效 如果电源脚的临近的pin是该电源的地 去藕电容放在top层 那么请尽量在top层就近把该电容的地连到ic的接地pin 这样的走法可以减少环路面积 让所包含的场流量减小 其感应电流减小 此图为Layout放置电容的一个例子 2 尽量保证主ic的每个i o脚 信号脚附近有个串接的限流电阻 大小从10R 10K 具体的值视信号要求而定 3 尽量保证主ic的每个adc脚 ir脚附近有个下地的电容 大小从10p 100n 具体的值视信号而定 此原理图为按键 遥控的ESD设计参考 4 视频端子输入的信号线上尽量预留bav99 压敏电阻 串接电阻 或其他的esd器件 5 若有vga的在线升级设计 RX TX上可以分别串接100R电阻和分别增加bav99 或压敏电阻 来增强esd特性 6 e2prom的I2C上可以分别串接100R电阻和增加bav99或电容来增强e2prom的抗esd特性 7 i o脚 信号脚串接的防静电限流电阻要放在ic附近 大概在4排或5排以内都会有很好的效果 这种layout方法可以有效的抑制辐射过来冲击电流 对esd 打火都有效 对emi也有一定的好处 8 视频信号的bav99或其他esd器件要靠近插座 9 flash和spi信号上的排阻都要靠近主ic 这种layout方法对esd emi和图像干扰都有好处 也是改善flash丢程序问题的有效措施之一 10 静电电流通向电源模块的地要足够大和宽 通道要直接和通畅 一般要保证 3mm 而且越宽越好 11 合理的割地 但是割地一般是和EMI等特性矛盾的 所以割地要合理 一般要在割开的缝隙之间留个可以焊回去的option 6 ESD整改思路与经验 1 软件 与设计思路差不多 把不用的IO口设置为低电平 加看门狗 对保护目标的状态位进行检测 协助硬件工程师分析哪些模块发生异常 2 硬件 先通过各种手段分析ESD对保护目标冲击的源头 途径 具体位置 然后设法加以措施改善 并且优先使用合理的容易实现的措施 源头 找出哪个端子打ESD容易发生问题 空气放电还是接触放电容易发生问题 然后抓住问题点增加测试次数或增加放电电压 让EUT出故障 保留现场 多多分析一下故障 比如可以debug一下 操作一下按键遥控等等 以便于得到更多的信息 途径 分清楚ESD的冲击是从哪种途径干扰到了保护目标 地的传导 信号线 电源线 IO线上的传输 空间的辐射 这个分析很重要 比如 如果ESD冲击是空间辐射过去的 那么再怎么割地也没有用的 具体位置 分清楚是图象or伴音ormemory出问题 如果是图象 搞清楚是AFEC VD COMB SCALER MEMORY TCON等等 哪一个模块出问题 分清楚保护目标的哪个部位感应到了ESD冲击 电源pin脚 地pin脚 reset 信号的ip op io口 悬空的pin都有可能是ESD冲击的目标 实际的ESD例子 1 MST5C36 LOPEZ 打静电无声 软件上 看audiodsp是否死机 就是看2d54 56 58h的值是否在变化 不变化的时候就是死机的征兆 如果audiodsp死机 可以用软件reset的办法解决问题 硬件上 audio的电源的去藕电容要就近IC摆放 伴音的各路输出输入都要串接电阻 Sif的两个IP对地预留5 6k 10K的电阻 还有加屏蔽罩的办法也可以试一试 但是由于增加了成本 所以不可取 不到不得已 不要用这个办法 MST5C26 PAULO1 打静电无图象 用割地的办法解决问题 参考下图 同时把AVDDA的电源增加了100uF电容 去耦电容放置得更近 3 209方案打空气放电8000v无声 经过检查 是从cvbsip进去的 在avip通道上串接一个小磁珠 解决问题 这个问题很奇怪的是静电冲击从图像ip进去 把伴音 可能是adc 干掉了 所以做故障排察实验的时候 有时候要按步骤来 该不该断开的电阻不麻烦就先断开看看 不能太拘泥于理论分析 闲话 人的认知有时候存在盲点 有时候真的会把1