1.問題描述
某工業(yè)顯示屏在進行ESD靜電放電測試時,，對網口、USB,、串口打±6kV接觸放電,，每次試驗系統(tǒng)液晶屏出現藍屏現象，系統(tǒng)死機，重新上電后可以恢復,，實驗不通過,。
本問題已經歷經半年，期間客戶公司內部以及方案公司進行過V1.0-V1.31共4次改板,，投入了大量人力物力仍未解決,，時間刻不容緩。
2.故障診斷
考慮到本板歷次分別從接地,、濾波,、隔離等方面對單板進行了設計整改，均未改善,，懷疑單板有ESD薄弱點,，因此本次確定采用敏感源頭診斷和整改的方案，從源頭解決問題,。
根據實驗現象分析,，判斷為CPU功能單元受到干擾，分析核心子板（CPU模塊電路）管腳各信號,，從實踐經驗,、信號功能等角度分析，判斷表1羅列的信號比較敏感,，易受靜電干擾,。
表1 易受ESD干擾的敏感信號
序號 | 網絡名稱 | 信號功能 | 對ESD敏感 |
1 | LCD_HSYNC | 液晶屏行同步信號 | YES |
2 | LCD_VSYNC | 液晶屏場同步信號 | YES |
3 | I2C_SDA | I2C總線雙向數據信號 | YES |
4 | I2C_CLK | I2C總線時鐘信號 | YES |
5 | LCD_EN | 液晶屏使能信號 | YES |
6 | LCD_CLK | 液晶屏時鐘信號 | YES |
7 | VCC_3V3_MPU | MPU單元3.3V電源 | YES |
8 | eDP_RESET | eDP接口復位信號 | YES |
將ESD靜電槍電壓分別調至100V、300V,、600V和1000V,，分別對核心子板表1所示的信號管腳做接觸放電，查找ESD敏感信號,，如圖1所示,。
圖2 接觸打IC管腳
實驗中問題沒有復現,，因此排除這些信號產生的問題,，試驗記錄如表2所示。
表2 ESD敏感信號驗證結果
序號 | 網絡名稱 | 100V | 300V | 600V | 1000V |
1 | LCD_HSYNC | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
2 | LCD_VSYNC | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
3 | I2C_SDA | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
4 | I2C_CLK | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
5 | LCD_EN | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
6 | LCD_CLK | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
7 | VCC_3V3_MPU | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
8 | eDP_RESET | 正常 | 正常 | 正常 | 正常 |
繼續(xù)分析核心子板上敏感電路,，當對敏感信號DDR_CLK 100V接觸放電時問題復現,，且每次放電問題都可以復現。
DDR_CLK布線4mil,，且布線未預留焊盤,，整改手段有限，為了確定靜電輻射電磁場對DDR_CLK時鐘信號有無影響,，則使用1根金屬接地線,，放在DDR_CLK線正上方,，用靜電槍打接地線銅鼻子，如圖3所示,。
圖3 接觸打接地線銅鼻子
按圖3所示的方法，6KV接觸放電時,，5次放電問題都能復現,，因此確認靜電電磁場輻射對DDR_CLK信號和DDR器件有影響，此時使用銅箔將核心板區(qū)域屏蔽并接地,，保護DDR敏感信號和模塊,，如圖4所示。
圖4 核心板模塊屏蔽
將核心板模塊區(qū)域屏蔽后,，對I/O接口進行接觸放電正負6KV,、8KV、10KV,，每次連續(xù)40次放電,，系統(tǒng)均運行正常，問題解決,，因此確定為核心板受靜電干擾導致整機死機,。
3.原因分析
繼續(xù)驗證確定整機ESD為輻射耦合or容性耦合，經分析,，系統(tǒng)靜電放電泄放途徑為I/O接口——單板PGND——金屬襯板——金屬機箱——機箱蓋板——接地線,，如圖5所示。
圖5 整機靜電泄放途徑
當將機箱蓋板與金屬機箱不擰螺絲時或者機箱蓋板不蓋時,，發(fā)現此時靜電放電無問題,，因此排除輻射耦合，那么此時靜電泄放途徑為I/O接口——單板PGND——金屬襯板——金屬機箱,，則相當于核心板DDR敏感部位與機箱蓋板無靜電容性耦合（兩者距離很近）,，如圖6所示。
圖6 去掉后蓋整機靜電泄放途徑
綜上整機核心子板靜電耦合簡易模型如圖7所示,。
圖7 核心子板靜電耦合模
診斷時核心子板加屏蔽罩后此時靜電耦合模型如圖8所示,。
圖8 核心子板靜電耦合模型
從圖8可以看出，核心子板加屏蔽罩后,，機箱后蓋板靜電能量直接耦合到金屬屏罩并通過屏蔽罩接地引腳到GND,，從而避免ESD直接耦合到敏感的DDR模塊，問題得以解決,。因此根據以上分析,，為機箱后蓋板靜電干擾容性耦合至DDR模塊電路導致ESD問題。
4.整改措施
因核心子板是客戶公司平臺化產品,，模塊上DDR電路又及其敏感,，推薦主板采用屏蔽罩屏蔽敏感核心子板模塊的方案量產，本方案簡單易行，成本增加不到0.5元,，效果可靠,。最后經與客戶溝通，目前主板上空間充足,，本方案可生產,，屏蔽罩如圖9所示。
圖9 核心板屏蔽罩
5.實踐效果
改板后再次進行靜電試驗,，此后系統(tǒng)死機問題再未復現,，試驗通過。
【總結】
ESD實驗時,，工程師經常碰到打一槍就死,，整改來整改去沒用，即便做了無數次PCB改板,，也徒勞無功,，搞得懷疑人生，自嘲下此刻想死的心都有了,！何故,？因為電路中有對ESD極其敏感的薄弱點，不攻要害,，何來征服,！本案例產品ESD問題，經過縝密的診斷和分析確定出了敏感源和耦合途徑,，然后通過對敏感源屏蔽成功化解,。本文的整改方法和思路啟示我們，打蛇打七寸,，擒賊要擒王,，不出手則已，出手則要狠招絕招,，首戰(zhàn)即決戰(zhàn),，一戰(zhàn)定乾坤。
推薦型號：
靜電放電模擬器
SESD 216（電壓范圍：200V~16.5kV）
SESD 230（電壓范圍：500V~30kV）
SESD 30000（電壓范圍：1kV~30kV）
ESD - Test System 30 kV
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