ESD测试与整改设计参考

ESD测试与整改设计目录1名词解释2ESD测试设备3ESD标准文件4ESD测试要求5ESD设计思路与经验6ESD整改思路与经验7ESD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.。2ESD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470KΩ的电阻与接地参考平面连接3ESD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’4ESD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)5ESD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&SCHPCB&软件在设计前就考虑到了ESD，使产品能顺利通过ESD试验，让市场反馈无ESD问题,就算是成功的ESD设计了。具体的一些设计办法：1)结构的ESD设计.必须打ESD的结构件离主IC不要太接近；对LCD,信号板上要有一定数量的接地螺丝孔通到LCD铁板上，电源板离信号板不能太远;2)软件ESD设计.把不用的IO口接地;加看门狗;增加对保护目标的状态位的检测;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CM12233pFIRXM8SIP4CN4-20A-S1234CM12633pFKEY2DM52BAV99312DM53BAV99312DM54BAV99312SAR2CM861000pFIR_SYNCRM591KRM545.6KRM555.6KRM531KRM641K5RM581KCM8547pFCM831000pFXM5SIP3CN3-25A112233VDDP5VstbRM725.6KCM136100nF5VstbSAR35VstbKEY1CM11433pF4]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。XM11VGA5104938271151413121161617CM2930.1uFRM1075VGA_Gin5VPIVGA_BinVGA_RinVGA_HsVGA_VsDM42BAV99312DM44BAV99312DM49BAV99312RM975RM8757]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.6ESD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。（２）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+2算成4；问题的原因有时候在理论分析的可能之外，因为确实有各式各样的问题）7ESD生活小提示比如冬天干燥的天气下，容易