ESD應該是EMC中最常見也是遇到問題最多的測試項,許多硬件工程師遇到試驗Fail時,無從下手,今天就來談談ESD分析與整改的理論基礎,不涉及實際案例應用。
█ ESD干擾方式
地彈
根據(jù)靜電放電電流波形可知,其電流具有較寬的頻率范圍。如此高頻率電流通過參考地平面時,理想情況下參考地平面阻抗處處相等,地電平抬升或者降落對系統(tǒng)信號以及電源無明顯影響。但是由于參考地電位受靜電電流沖擊產(chǎn)生的現(xiàn)象,即所謂的〝?shù)貜棬暚F(xiàn)象。
容性耦合
容性耦合是指電磁騷擾源通過電路或系統(tǒng)之間的電場并以耦合電容作用于敏感對象的電磁耦合方式。
靜電放電產(chǎn)生容性耦合的機理是:靜電電流流過阻抗變化的參考地平面時,會在參考地平面上產(chǎn)生變化電壓。平行于靜電電流泄放路徑參考地平面的導線,會因為容性耦合產(chǎn)生騷擾電壓,當騷擾電壓幅值超過芯片容錯電壓時則會引起芯片誤動作,嚴重情況下會導致芯片內(nèi)部半導體器件過壓擊穿而徹底損壞。
感性耦合
感性耦合是指電磁騷擾源通過電路或系統(tǒng)之間的磁場并以耦合電感形式作用于敏感對象的電磁耦合方式。
靜電放電產(chǎn)生感性耦合的機理是:靜電放電變化電流流過參考地平面時,當遇到阻抗較低的信號布線(互感耦合到信號線上面,此時電壓突變),會沿著阻抗較低的信號布線流進芯片,在芯片內(nèi)部產(chǎn)生騷擾電壓或者以電流形式?jīng)_擊芯片,嚴重時會造成芯片內(nèi)部半導體器件因過流燒毀。
輻射
█ ESD電流泄放路徑
靜電電流會選擇阻抗最低的路徑返回到源端。ESD整改簡單來說就是找出靜電電流泄放路徑中的敏感信號,并對其進行ESD防護,提高其抗靜電能力。如果產(chǎn)品已經(jīng)DV/PV,無法改變PCBA,則想辦法設計一條阻抗最低路徑,使電流返回源端。
█ ESD分析方法
現(xiàn)象分析法
靜電放電測試失效過程中,肯定會伴隨著各種各樣的現(xiàn)象,根據(jù)靜電放電的Fail現(xiàn)象結合具體的電路,快速定位Fail器件。
排除法
排除法屬于破壞性試驗,針對靜電放電過程中出現(xiàn)的異?,F(xiàn)象,使用靜電槍直接對DUT敏感IC進行接觸放電,找出與靜電放電過程中出現(xiàn)的異?,F(xiàn)象,增加ESD保護。
屏蔽法
對于PCB來說,最顯而易見的方式就是加屏蔽罩(分析時候可以用銅箔或者導電膠帶接地),第二個簡單有效的屏蔽方法是拉遠距離,使敏感器件遠離靜電放電電流路徑,減小敏感器件與靜電放電路徑之間的耦合。
█ ESD整改步驟
1. 當EMC技術員反饋ESD測試Fail時,首先確認Fail產(chǎn)生的初始Setup;
2. 問題現(xiàn)象確認清楚后,就需要對問題現(xiàn)象進行深入的分析。
3. 根據(jù)問題現(xiàn)象分析,做出初步的原因判斷,進行相關試驗驗證,不斷排除縮小問題的范圍,直至鎖定敏感信號、元件、或者模塊電路。
4. 根據(jù)問題分析試驗結果,結合具體電路和結構,擬定解決方案。