ESD測試與整改設計參考[1]

1、ESD測試與整改設計目錄1 名詞解釋2 ESD測試設備3 ESD標準文件4 ESD測試要求5 ESD設計思路與經(jīng)驗6 ESD整改思路與經(jīng)驗7 ESD生活小提示1 名詞解釋ESD = Electro Static DischargeEUT = Equipment under testEMC = Electro-Magnetic Compatibility = EMI+EMSEMI=Electronic-Magnetic Interference =Conducted Emissions (AC/DC)+Radiated Emission）+（Harmonics/Flicker）諧波電流測試EMS

2、=Electronic-Magnetic Susceptibility=輻射（Radiated Immunity）+（RF Conduct Immunity）+靜電放電（ESD)+電快速瞬變脈沖（BURST)+浪涌（Surge)+電壓變化、突降/中斷（Voltage dips and interruptions）+EOS=Electrical Overstress (EOS) ,指所有的過度電性應力。超過其最大指定極限后，器件功能會減弱或損壞。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。國際電工委員會/IEC:International Electro te

3、chnical Commission, is the international standards and conformity assessment body for all fields of electro technology.耦合板=coupling plane, 一塊金屬片或金屬板, 對其放電用來模擬對EUT附近的物體放電, 做間接放電實驗. 個人感覺這個板還有作為EUT的參考地的作用,所以做ESD實驗的時候, EUT要求放在水平耦合板的板邊0.1米以內(nèi), 如果EUT過大,需要增加耦合板.保護目標：ESD容易發(fā)生問題的元件或模塊，需要提供ESD保護措施。比如主ic,memeory

4、,flash,etc.。2 ESD測試設備1)靜電放電發(fā)生器靜電放電發(fā)生器, 下圖是某兩種設備下圖是某兩種設備. 一般一般打接觸放電的用尖頭打接觸放電的用尖頭,空氣放電用圓頭空氣放電用圓頭.2)臺式設備 試驗配置: 一個放在接地參考平面上的0.8m高的木桌, 放在桌面上的水平耦合板(HCP)面積為1.6m *0.8m, 垂直耦合板(VCP)面積為0.5m*0.5m, 一個厚0.5mm厚的絕緣墊,將EUT電纜與HCP隔離. 接地參考平面,應是一種最小厚度為0.25mm的銅或鋁的金屬薄板,其它金屬材料雖可使用,但它們至少有0.65mm的厚度.接地參考平面的最小尺寸為1平米.實際的尺寸取決于EUT的

5、尺寸,而且每邊至少應伸出EUT或耦合板之外0.5m,并將它與保護地系統(tǒng)相連. 耦合板:應采用和接地參考平面相同的金屬和厚度,而且經(jīng)過每端分別設置470K 的電阻與接地參考平面連接 3 ESD標準文件GBT 17626.2 -2006: 中國國家標準，整機ESD測試;IEC60001-4-2 :2001: IEC標準，整機ESD測試;JEDEC JESD22-A114-B: 美國美國電子工業(yè)聯(lián)合會標準,人體模型條件下電子元件的的靜電放電敏感度試驗；ESDA ESDSTM5.1：美國靜電放電協(xié)會標準,人體模型條件下電子元件的的靜電放電敏感度試驗；器件ESD測試標準，目前此類的標準劃分了整機和元器件

6、兩個級別，前者通常列為EMC測試的一種，主要用于測試產(chǎn)品在使用和維修當中耐受靜電放電的能力，典型的標準時IEC61000-4-2；后者主要用于測試元器件耐受靜電的能力，劃分為HBM（human-body model人體模型）、MM（machine model機器模型）和CDM（charged device model帶電器件模型）三種模型，標準規(guī)定測試電路和方法。典型的標準MIL883、ESDSTM5.1、ESDSTM5.2、ESDSTM5.3.1、JESDD22-114等。主要的標準組織包括美*標（MIL）、美國靜電放電協(xié)會（ESDA）、國際電工委員會（IEC）美國電子工業(yè)聯(lián)合會（EIA/J

7、EDEC）、汽車電子工業(yè)協(xié)會（AEC）和國際電子工程師組織（IEEE）等。早期的標準在上世紀六七十年代就已形成，主要的標準基本一致，2000年后無太大變化，目前新標準的發(fā)展以ESDA的居多 4 ESD測試要求 一般一個端子=10次單次放電, 每次放電的時間間隔=1秒。 能接觸到的端子打接觸放電;不能直接接觸的端子,比如按鍵,打空氣靜電;但是有些廠家也要求接觸到的端子也打空氣放電。 各廠家要求的放電等級不同,國標ESD等級參考下一頁的圖表;接觸放電一般的要求系統(tǒng)能夠自動恢復的電壓值：海爾/Skyworth : 8kv; Hisense / TCL :6kv; Konka/Xoceco:4kv;

8、Changhong內(nèi)銷好象不打。ESD放電波形（來源于GBT 17626-2)5 ESD設計思路與經(jīng)驗 ESD現(xiàn)象在日常生活中經(jīng)常發(fā)生, 售后反饋里也有不少ESD的質(zhì)量問題，所以開發(fā)人員要搞好ESD，提升產(chǎn)品可靠性。如果產(chǎn)品ESD特性不好，問題反饋不斷，一定不是大家所希望的。一）ESD設計一般的三個方向:降低減弱ESD放電對保護目標的沖擊強度;增加保護目標ESD免疫力(Robust); Software看門狗/reset。 怎樣降低減弱ESD放電對保護目標的沖擊強度？ 一般是割地/串電阻磁珠/加esd器件/對地并電容/減短目標器件的pin腳引線； 怎樣增加保護目標的抗ESD強度(Robust)

9、？ 一般是增加目標的參考地的完整性/減小供電電源的高頻電流環(huán)路的面積/降低輸入端子子對參考地的高頻輸入阻抗/IC設計時在內(nèi)部集成esd/外加接地屏蔽罩； 怎樣加看門狗/reset？ 軟件看門狗，就是主循環(huán)死掉就reset；加狀態(tài)檢測是看寄存器/io口狀態(tài)對不對，不對就reset。二) ESD對保護目標的沖擊一般有三個途徑:地的傳導，信號線+電源線+I/O線上的傳輸，空間的輻射。都控制好了，就可從沖擊路徑上解決ESD問題。三電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工程師、軟硬件工程師在設計初始就能互相配合, 讓結(jié)構(gòu)&SCHPCB&軟件在設計前就考慮到了ESD，使產(chǎn)品能順利通過ESD試驗，讓市場反饋無ESD

10、問題,就算是成功的ESD設計了。具體的一些設計辦法：結(jié)構(gòu)的ESD設計. 必須打ESD的結(jié)構(gòu)件離主IC不要太接近；對LCD, 信號板上要有一定數(shù)量的接地螺絲孔通到LCD鐵板上，電源板離信號板不能太遠;2) 軟件ESD設計. 把不用的IO口接地;加看門狗;增加對保護目標的狀態(tài)位的檢測;注意寫保護的控制正確；3) 硬件ESD設計.1 盡量保證主ic的每個電源腳就近有個瓷片去藕電容，大小一般為100n,當然如果兩個電源腳電壓相同,性質(zhì)相接近,可以考慮兩個腳共用一個電容,可以節(jié)省空間 ; 在Layout的方法上, 建議電源腳附近的去藕電容要盡量靠近主ic;如果有可能，電源的走線是先經(jīng)過電容，后到主ic的

11、電源腳, 這種layout方法不僅對esd有效，對emi的特性也有非常有效;如果電源腳的臨近的pin是該電源的地,去藕電容放在top層,那么請盡量在top層就近把該電容的地連到ic的接地pin。這樣的走法可以減少環(huán)路面積,讓所包含的場流量減小，其感應電流減小。此圖為Layout放置電容的一個例子2 盡量保證主ic 的每個i/o 腳、信號腳附近有個串接的限流電阻，大小從10R-10K，具體的值視信號要求而定。3 盡量保證主ic 的每個adc 腳、ir 腳附近有個下地的電容，大小從10p-100n，具體的值視信號而定。此原理圖為按鍵+遙控的ESD設計參考CM12233pFIRXM8SIP4CN4-

12、20A-S1234CM12633pFKEY2DM52BAV99312DM53BAV99312DM54BAV99312SAR2CM861000pFIR_SYNCRM59 1KRM545.6KRM555.6KRM53 1KRM641K5RM58 1KCM8547pFCM831000pFXM5SIP3CN3-25A112233VDDP5VstbRM725.6KCM136100nF5VstbSAR35VstbKEY1CM11433pF4 視頻端子輸入的信號線上盡量預留bav99/壓敏電阻,串接電阻, 或其他的esd器件。5 若有vga 的在線升級設計，RX、TX 上可以分別串接100R電阻和分別增加b

13、av99(或壓敏電阻)來增強esd特性。6 e2prom的I2C上可以分別串接100R電阻和增加bav99或電容來增強e2prom的抗esd特性。XM11VGA5104938271151413121161617CM2930.1uFRM1075VGA_Gin5VPIVGA_BinVGA_RinVGA_HsVGA_VsDM42BAV99312DM44BAV99312DM49BAV99312RM975RM8757 i/o腳、信號腳串接的防靜電限流電阻要放在ic附近，大概在4 排或5 排以內(nèi)都會有很好的效果。這種layout方法可以有效的抑制輻射過來沖擊電流，對esd、打火都有效，對emi 也有一定的

14、好處。8 視頻信號的bav99 或其他esd器件要靠近插座。9 flash和spi信號上的排阻都要靠近主ic。這種layout方法對esd、emi和圖像干擾都有好處，也是改善flash丟程序問題的有效措施之一。10 靜電電流通向電源模塊的地要足夠大和寬，通道要直接和通暢。一般要保證=3mm，而且越寬越好。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，一般要在割開的縫隙之間留個可以焊回去的option.6 ESD整改思路與經(jīng)驗1）軟件（與設計思路差不多），把不用的IO口設置為低電平;加看門狗;對保護目標的狀態(tài)位進行檢測; 協(xié)助硬件工程師分析哪些模塊發(fā)生異常。2）硬件，先通

15、過各種手段分析ESD對保護目標沖擊的源頭+ 途徑+具體位置，然后設法加以措施改善，并且優(yōu)先使用合理的容易實現(xiàn)的措施。 源頭：找出哪個端子打ESD容易發(fā)生問題，空氣放電還是接觸放電容易發(fā)生問題，然后抓住問題點增加測試次數(shù)或增加放電電壓，讓EUT出故障；保留現(xiàn)場，多多分析一下故障，比如可以debug一下，操作一下按鍵遙控等等，以便于得到更多的信息。途徑：分清楚ESD的沖擊是從哪種途徑干擾到了保護目標:地的傳導/信號線+電源線+IO線上的傳輸/空間的輻射。這個分析很重要，比如，如果ESD沖擊是空間輻射過去的，那么再怎么割地也沒有用的。具體位置：分清楚是圖象 or 伴音 or memory 出問題？如

16、果是圖象，搞清楚是AFEC/VD /COMB/SCALER /MEMORY /TCON 等等，哪一個模塊出問題；分清楚保護目標的哪個部位感應到了ESD沖擊？電源pin腳地pin腳reset/信號的ip&op/io口懸空的pin都有可能是ESD沖擊的目標。實際的ESD例子：（1）MST5C36 （LOPEZ）打靜電無聲。 軟件上，看audio dsp 是否死機，就是看2d 54 /56 /58h 的值是否在變化，不變化的時候就是死機的征兆；如果audio dsp 死機，可以用軟件reset 的辦法解決問題； 硬件上，audio 的電源的去藕電容要就近IC 擺放，伴音的各路輸出輸入都要串接電阻，Sif 的兩個IP對地預留5.6k-10K 的電阻；還有加屏蔽罩的辦法也可以試一試，但是由于增加了成本，所以不可取，不到不得已，不要用這個辦法。（） MST5C26 （PAULO1）打靜電無圖象。 用割地的辦法解決問題，參考下圖，同時把AVDDA的電源增加了100uF電容，去耦電容放置得更近：(3) 209方案打空氣放電8000v無聲。經(jīng)過檢查,是從cvbs ip 進去的, 在av ip通道上串接一個小磁珠,解決問題。這個問題很奇怪的是靜電沖擊從圖像ip進去，把伴音（可能是adc）干掉了，所以做故障排察實驗的時候，有時候要按步驟來，該不該斷開的電阻不麻煩就先斷開看看