如何解电磁兼容ESD问题？-电子发烧友网

根据反复重启的时间判断，类似于长按Power键。检查Power_On信号，发现已经被持续拉低，Power_On信号的原理图如下：

为了降成本，位置1并没有贴TVS管，而是用一个电容代替，电容的耐压值是25V。失效的机器，这个电容已经短路，可以判断ESD进入壳体，直接打坏了位置1的电容。

如果把位置1的电容耐压提高到50V，能抗的ESD抢数量会增多，但最终还是会坏。这个项目不是防水的，密封性做的很差，所以才有问题。

【解决方法】

把位置1的电容换成TVS管，或者位置1不要贴任何东西，在位置2放一个1nF的电容。靠1K电阻+1nF电容来吸收ESD能量。

另外，在侧键的FPC附近，增加了GND露铜区域，引导ESD先进入GND。这也是一种低成本的解决方法，如果ESD能量足够大，实测几乎可以把1K电阻打坏。

某智能手表在USB 接口外壳打ESD造成黑屏死机问题

充电口是Micro-B型USB接口，接触放电±10KV，会出现黑屏，死机，闪屏等现象。

抓死机Log，没有发现什么端倪。

将USB信号逐个引出，VBUS，D+，D-都没有出现问题，打ID管脚，会出现类似现象。打GND，会很低概率出现类似现象。遂将问题定位到ID管脚，和GND上。

仔细检查USB接口附件的Layout，问题如下：

1、USB_ID管脚是悬空的。

2、在L3和L6层，靠近USB接口，有与屏相关的敏感信号。

悬空的ID管脚是知名威胁，静电积累到一定程度，肯定会对周围放电，二次放电的威力更大。

USB周围的有敏感信号，在打ESD时，附近的GND电平瞬间局部抬高，尤其是看到USB接口的屏蔽壳跟表层相连，周围没有非常多的过孔打到内层GND，这更加重了GND局部电平的提高，这会干扰到这些敏感信号，导致死机，黑屏，闪屏问题。

【解决方法】

USB的固定PIN以及GND PIN，只接主GND，不要每一层都接GND。MIPI，LCD_TE，LCD_RST远离USB接口。

某智能手表屏幕朝下，打后壳会黑屏

这是一个SPI接口的显示屏，问题比较简单，一个偶然的机会发现是SPI信号中，CS线被软件强制拉低，且一直处于低的状态，这样是不行的。

实测将CS线的行为改成符合SPI协议，只在传输数据时拉低，这个黑屏的问题解决了。

某智能手表在USB的GND PIN上注入接触-8KV静电，会概率关机

首先抓取了Log分析，没有发现什么线索。

直接拆开整机，在主板的不同地方的GND，注入ESD，统计关机的次数，得出一个简单的规律，只有在靠近电池BTB的地方，才会大概率出现，初步判断是ESD干扰了电池周围的信号。

电池BTB周围的信号有D+，D-，VBUS，MIPI，BAT_ID，BAT_THERM等，逐个在这些信号上，注入小两级的ESD，比如±2KV，有些信号会导致PMU损坏，有些会导致死机。只有BAT_ID信号会出现关机的现象。

关机有两种可能，一是内部软件流程关机，二是电池突然掉电。尤其是第二种，往往很容易忽略。因为某些情况下，ESD注入两枪，立即就出现了关机现象，这很像是电池掉电了。

电池掉电有两种可能，一是电池保护板保护机制生效，切断了供电。二是Vbat到PMU的通路被打断。排查了主板上的器件，Vbat的通路经过的都是一些模拟器件，可能性比较小。

我们直接从主板VBAT飞线，连接到程控电源上，再打ESD的时候，发现就不会关机了。这进一步说明，在注入ESD时，是电池本身没有输出了。

电池保护板的原理图如下：

在图中GND上注入+8KV，没有问题，因为右边的TVS吸收了大部分能量，由于正向导通，钳位电压较低（小于4.4V），电池保护板没有触发保护机制。但是如果注入-8KV，TVS管开始反向钳位，瞬间的钳位电压较高（大于4.4V），超过电池起保护电压，电池触发保护机制，MOS管U2断开，导致关机。下图是TVS管的钳位特性，也能佐证这个结论。

注意电池保护板的保护IC，是判断C1两端的电压，来决定是否起保护的。所以要解决这个问题，需要增大C1的容值。实测将C1增大到1uF，关机的概率明显降低了。

降低了，但没有彻底解决问题，肯定还有其他原因。这个原因是先猜出来，然后试验验证的。

上文提到只有BAT_ID信号会出现关机的现象。所以猜测静电耦合到了ID管脚，进入PMU导致关机。

下面是这次电池保护板的走线，ID的走线与GND有较长的耦合长度，GND上的瞬间能量能很快耦合到这根线上，最终直接进入到PMU。

虽然主板上ID走线也跟GND有很长的耦合距离，但是主板上的GND与Vbat之间有TVS钳位，GND的电压不至于跳变太厉害，也不会耦合很多能量到ID线上。反而是电池FPC上的GND电平跳动最大，ID先在FPC上耦合的能量更多。

FPC改版成如下样式，ID和GND基本没有重叠区域，能量也不会耦合到ID管脚上，再也没有出现过关机问题。

屏幕朝下，ESD接触放电后壳，TP失效

经检查，确定是TP IC被打坏。没有仔细分析IC损坏的原因，因为发现TP FPC背后的双面到点胶太弱，根本没有粘到GND上。TP没有很好的接地，导致了这个问题。

只要TP接地良好，就肯定该不会出现TO IC失效问题。

电磁兼容整改小技巧：

1）差模干扰与共模干扰

1.1差模干扰：存在于L-N线之间，电流从L进入，流过整流二极管正极，再流经负载，通过热地，到整流二极管，再回到N，在这条通路上，有高速开关的大功率器件，有反向恢复时间极短的二极管，这些器件产生的高频干扰，都会从整条回路流过，从而被接收机检测到，导致传导超标。

1.2共模干扰：共模干扰是因为大地与设备电缆之间存在寄生电容，高频干扰噪声会通过该寄生电容，在大地与电缆之间产生共模电流，从而导致共模干扰。

下图为差模干扰引起的传导FALL数据，该测试数据前端超标，为差模干扰引起：

下图为开关电源EMI原理部分：

图中CX2001为安规薄膜电容（当电容被击穿或损坏时，表现为开路）其跨在L线与N线之间，当L-N之间的电流，流经负载时，会将高频杂波带到回路当中。此时X电容的作用就是在负载与X电容之间形成一条回路，使的高频分流，在该回路中消耗掉，而不会进入市电，即通过电容的短路交流电让干扰有回路不串到外部。

对差模干扰的整改对策：

1. 增大X电容容值

2. 增大共模电感感量，利用其漏感，抑制差模噪声（因为共模电感几种绕线方式，双线并绕或双线分开绕制，不管哪种绕法，由于绕制不紧密，线长等的差异，肯定会出现漏磁现象，即一边线圈产生的磁力线不能完全通过另一线圈，这使得L-N线之间有感应电动势，相当于在L-N之间串联了一个电感）

下图为共模干扰测试FALL数据：

电源线缆与大地之间的寄生电容，使得共模干扰有了回路，干扰噪声通过该电容，流向大地，在LISN-线缆-寄生电容-地之间形成共模干扰电流，从而被接收机检测到，导致传导超标（这也可以解释为什么有的主板传导测试时，不接地通过，一夹地线就超标。USB模式下不接地时，电流回路只能通过L-二极管-负载-热地-二极管-N，共模电流不能回到LISN，LISN检测到的噪声较小，而当主板的冷地与大地直接相连时，线缆与大地之间有了回路，此时若共模噪声未被前端LC滤波电路吸收的话，就会导致传导超标）

对共模干扰的整改对策：

1. 加大共模电感感量

2. 调整L-GND，N-GND上的LC滤波器，滤掉共模噪声

3. 主板尽可能接地，减小对地阻抗，从而减小线缆与大地的寄生电容。

2）产品电磁兼容骚扰源有：

1、设备开关电源的开关回路：骚扰源主频几十kHz到百余kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。

2、设备直流电源的整流回路：工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz；开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。

3、电动设备直流电机的电刷噪声：噪声频率上限可延伸到数百MHz。

4、电动设备交流电机的运行噪声：高次谐波可延伸到数十MHz。

5、变频调速电路的骚扰发射：开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。

6、设备运行状态切换的开关噪声：由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。

7、智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰：骚扰源主频几十kHz到几十MHz，高次谐波可延伸到数百MHz。