某產(chǎn)品更換接口芯片解決ESD靜電案例
1. 問題描述
某醫(yī)療產(chǎn)品ESD靜電放電要求通過接觸±6kV、空氣±8kV，判據(jù)A。實(shí)驗(yàn)室測試時(shí)，當(dāng)對I/O接口進(jìn)行接觸±2kV、空氣±4kV放電時(shí)，觸摸屏閃屏和重啟，實(shí)驗(yàn)不通過。
2. 故障診斷
產(chǎn)品為塑料機(jī)殼，分別對電源接口、VGA接口、RS232接口、LAN接口、USB接口、MicroSD反復(fù)做靜電實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)對靜電最為敏感的為USB接口。查看整機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)
從圖1可以看出，USB接口信號進(jìn)入主控板后通過主控板上轉(zhuǎn)接口和排線進(jìn)入數(shù)據(jù)板。根據(jù)ESD實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，正是由于數(shù)據(jù)板的數(shù)據(jù)無法上傳給觸摸屏主控板，從而導(dǎo)致主控板復(fù)位觸摸屏失效，因此確認(rèn)USB接口耦合的靜電經(jīng)排線進(jìn)入數(shù)據(jù)板產(chǎn)生干擾。
3. 原因分析
產(chǎn)品USB接口電路如圖2所示。
圖2 USB接口電路
從圖2可以看出，USB數(shù)據(jù)線并聯(lián)TVS防護(hù)，同時(shí)串有限流電阻，USB電源線串有磁珠和電容濾波。將USB數(shù)據(jù)線限流電阻換成信號口共模電感，USB電源并聯(lián)TVS，同時(shí)USB排線加扁平磁環(huán)等，經(jīng)過以上驗(yàn)證后無任何改善，因此懷疑USB驅(qū)動芯片對ESD敏感。
查看USB驅(qū)動芯片F(xiàn)T232RL規(guī)格書，如圖3所示。
圖3 USB驅(qū)動芯片F(xiàn)T232RL性能指標(biāo)
從USB驅(qū)動芯片性能指標(biāo)可以看出，其無抗ESD靜電能力。
4. 整改措施
選擇具有靜電防護(hù)能力的PL2303EA接口驅(qū)動芯片，其ESD性能指標(biāo)如圖4所示。
圖4 USB驅(qū)動芯片PL2303EA性能指標(biāo)
從圖4可以看出，新選型的USB接口芯片與原接口芯片相比，其具有抗靜電能力。將USB接口驅(qū)動芯片更換為相同功能、相同封裝但具有抗ESD靜電能力的PL2303EA，更改后的原理圖如圖5所示。
圖5 更改后的USB接口驅(qū)動電路
5. 實(shí)踐結(jié)果
更換USB接口驅(qū)動芯片后，對設(shè)備進(jìn)行ESD接觸±6kV、空氣±8kV放電，觸摸屏功能正常，試驗(yàn)通過。
點(diǎn)評/點(diǎn)睛
芯片EMC設(shè)計(jì)是未來趨勢，作為硬件產(chǎn)品的大腦，從芯片上解決EMI和EMS才是根本！但實(shí)際中，由于工程師極少懷疑芯片的EMC問題而做芯片的選型，導(dǎo)致走過很多彎路，做錯很多事情。本案例某產(chǎn)品ESD問題，工程師費(fèi)勁九牛二虎之力無解，經(jīng)過縝密的診斷和分析，為接口芯片無抗靜電能力所致，整改時(shí)選用具有抗靜電能力的接口芯片后成功化解。本文的方法和思路啟示我們，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，不要舍本逐末，撿了芝麻丟了西瓜，建議在器件選型特別是芯片選型上做足文章，提前規(guī)避EMC風(fēng)險(xiǎn)。
