ESD测试与整改设计参考.ppt

ESD測試與整改設計 目錄 1 名詞解釋2 ESD測試設備3 ESD標準檔4 ESD測試要求5 ESD設計思路與經驗6 ESD整改思路與經驗7 ESD生活小提示 1 名詞解釋 ESD ElectroStaticDischargeEUT EquipmentundertestEMC Electro MagneticCompatibility EMI EMSEMI Electronic MagneticInterference ConductedEmissions AC DC RadiatedEmission Harmonics Flicker 諧波電流測試EMS Electronic MagneticSusceptibility 輻射 RadiatedImmunity RFConductImmunity 靜電放電 ESD 電快速瞬變脈衝 BURST 浪湧 Surge 電壓變化 突降 中斷 Voltagedipsandinterruptions EOS ElectricalOverstress EOS 指所有的過度電性應力 超過其最大指定極限後 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 國際電子電機委員會 IEC InternationalElectrotechnicalCommission istheinternationalstandardsandconformityassessmentbodyforallfieldsofelectrotechnology 耦合板 couplingplane 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要求放在水準耦合板的板邊0 1米以內 如果EUT過大 需要增加耦合板 保護目標 ESD容易發生問題的元件或模組 需要提供ESD保護措施 比如主ic memeory flash etc 2 ESD測試設備 1 靜電放電發生器 下圖是某兩種設備 一般打接觸放電的用尖頭 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 放在桌面上的水準耦合板 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 實際的尺寸取決於EUT的尺寸 而且每邊至少應伸出EUT或耦合板之外0 5m 並將它與保護地系統相連 耦合板 應採用和接地參考平面相同的金屬和厚度 而且經過每端分別設置470K 的電阻與接地參考平面連接 3 ESD標準檔 GBT17626 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 JEDECJESD22 A114 B 美國美國電子工業聯合會標准 人體模型條件下電子元件的的靜電放電敏感度試驗 ESDAESDSTM5 1 美國靜電放電協會標准 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兩個級別 前者通常列為EMC測試的一種 主要用於測試產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 後者主要用於測試元器件耐受靜電的能力 劃分為HBM human bodymodel人體模型 MM machinemodel機器模型 和CDM chargeddevicemodel帶電器件模型 三種模型 標準規定測試電路和方法 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 美國靜電放電協會 ESDA 國際電子電機委員會 IEC 美國電子工業聯合會 EIA JEDEC 汽車電子工業協會 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年後無太大變化 目前新標準的發展以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能夠自動恢復的電壓值 海爾 Skyworth 8kv Hisense TCL 6kv Konka Xoceco 4kv Changhong內銷好象不打 ESD放電波形 來源於GBT17626 2 5 ESD設計思路與經驗 ESD現象在日常生活中經常發生 售後回饋裡也有不少ESD的品質問題 所以開發人員要搞好ESD 提升產品可靠性 如果產品ESD特性不好 問題回饋不斷 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放電對保護目標的衝擊強度 增加保護目標ESD免疫力 Robust Software看門狗 reset 怎樣降低減弱ESD放電對保護目標的衝擊強度 一般是割地 串電阻磁珠 加esd器件 對地並電容 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 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設計時在內部集成esd 外加接地遮罩罩 怎樣加看門狗 reset 軟體看門狗 就是主迴圈死掉就reset 加狀態檢測是看寄存器 io口狀態對不對 不對就reset 二 ESD對保護目標的衝擊一般有三個途徑 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 就可從衝擊路徑上解決ESD問題 三 電子產品的結構工程師 軟硬體工程師在設計初始就能互相配合 讓結構注意防寫的控制正確 3 硬體ESD設計 1 儘量保證主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 性質相接近 可以考慮兩個腳共用一個電容 可以節省空間 在Layout的方法上 建議電源腳附近的去藕電容要儘量靠近主ic 如果有可能 電源的走線是先經過電容 後到主ic的電源腳 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 那麼請儘量在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 儘量保證主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 儘量保證主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 4 視頻端子輸入的信號線上儘量預留bav99 壓敏電阻 串接電阻 或其他的esd器件 5 若有vga的線上升級設計 RX TX上可以分別串接100R電阻和分別增加bav99 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 7 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排以內都會有很好的效果 這種layout方法可以有效的抑制輻射過來衝擊電流 對esd 打火都有效 對emi也有一定的好處 8 視訊訊號的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丟程式問題的有效措施之一 10 靜電電流通向電源模組的地要足夠大和寬 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整改思路與經驗 1 軟體 與設計思路差不多 把不用的IO口設置為低電平 加看門狗 對保護目標的狀態位元進行檢測 協助硬體工程師分析哪些模組發生異常 2 硬體 先通過各種手段分析ESD對保護目標衝擊的源頭 途徑 具體位置 然後設法加以措施改善 並且優先使用合理的容易實現的措施 源頭 找出哪個端子打ESD容易發生問題 空氣放電還是接觸放電容易發生問題 然後抓住問題點增加測試次數或增加放電電壓 讓EUT出故障 保留現場 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 以便於得到更多的資訊 途徑 分清楚ESD的衝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衝擊是空間輻射過去的 那麼再怎麼割地也沒有用的 具體位置 分清楚是圖像or伴音ormemory出問題 如果是圖像 搞清楚是AFEC VD COMB SCALER MEMORY TCON等等 哪一個模組出問題 分清楚保護目標的哪個部位感應到了ESD衝擊 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衝擊的目標 實際的ESD例子 1 MST5C36 LOPEZ 打靜電無聲 軟體上 看audiodsp是否死機 就是看2d54 56 58h的值是否在變化 不變化的時候就是死機的徵兆 如果audiodsp死機 可以用軟體reset的辦法解決問題 硬體上 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 還有加遮罩罩的辦法也可以試一試 但是由於增加了成本 所以不可取 不到不得已 不要用這個辦法 MST5C26 PAULO1 打靜電無圖像 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 經過檢查 是從cvbsip進去的 在avip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衝擊從圖像ip進去 把伴音 可能是adc 幹掉了 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 不能太拘泥於理論分析 閒話 人的認知有時候存在盲點 有時候真的會把1 2算成4 問題的原因有時候在理論分析的可能之外 因為確實有各式各樣的問題 7 ESD生活小提示 比如冬天乾燥的天氣下 容易被靜電電到 有時還疼的很 怎麼辦 1 穿棉質 絲質的的衣服 不穿化纖 毛皮質的衣服 2 接觸容易發生靜電的導電物體 水龍頭 門把手等等 之前 先摸附近3 1cm的不導電的物體 牆壁 桌面等 再慢慢用手摸著移動過去接觸目標 3 在導電物體上固定住2 10M電阻的一端 用手摸另一端放電1 5秒 4 用灑水 養綠色植物等方法 增加空氣濕度