本文章為原創(chuàng),禁止轉(zhuǎn)載
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。實驗室測試時,當(dāng)對I/O接口進(jìn)行接觸±2kV、空氣±4kV放電時,觸摸屏閃屏和重啟,實驗不通過。
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)做靜電實驗驗證,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實驗現(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2USB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USB排線加扁平磁環(huán)等,經(jīng)過以上驗證后無任何改善,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3USB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,試驗通過。
【島主點(diǎn)評/點(diǎn)睛】
芯片EMC設(shè)計是未來趨勢,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)計時,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。
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