某产品更换接口芯片解决ESD静电案例

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1.问题描述

某医疗产品ESD静电放电要求通过接触±6kV、空气±8kV，判据A。实验室测试时，当对I/O接口进行接触±2kV、空气±4kV放电时，触摸屏闪屏和重启，实验不通过。

2.故障诊断

产品为塑料机壳，分别对电源接口、VGA接口、RS232接口、LAN接口、USB接口、MicroSD反复做静电实验验证，发现对静电最为敏感的为USB接口。查看整机内部结构，如图1所示。

图1 整机结构

 

从图1可以看出，USB接口信号进入主控板后通过主控板上转接口和排线进入数据板。根据ESD实验现象分析，正是由于数据板的数据无法上传给触摸屏主控板，从而导致主控板复位触摸屏失效，因此确认USB接口耦合的静电经排线进入数据板产生干扰。

 

3.原因分析

产品USB接口电路如图2所示。

图2 USB接口电路

 

从图2可以看出，USB数据线并联TVS防护，同时串有限流电阻，USB电源线串有磁珠和电容滤波。将USB数据线限流电阻换成信号口共模电感，USB电源并联TVS，同时USB排线加扁平磁环等，经过以上验证后无任何改善，因此怀疑USB驱动芯片对ESD敏感。

查看USB驱动芯片FT232RL规格书，如图3所示。

图3 USB驱动芯片FT232RL性能指标

 

从USB驱动芯片性能指标可以看出，其无抗ESD静电能力。

 

4.整改措施

选择具有静电防护能力的PL2303EA接口驱动芯片，其ESD性能指标如图4所示。

图4 USB驱动芯片PL2303EA性能指标

 

从图4可以看出，新选型的USB接口芯片与原接口芯片相比，其具有抗静电能力。将USB接口驱动芯片更换为相同功能、相同封装但具有抗ESD静电能力的PL2303EA，更改后的原理图如图5所示。

图5 更改后的USB接口驱动电路

5.实践结果

更换USB接口驱动芯片后，对设备进行ESD接触±6kV、空气±8kV放电，触摸屏功能正常，试验通过。

【岛主点评/点睛】

芯片EMC设计是未来趋势，作为硬件产品的大脑，从芯片上解决EMI和EMS才是根本！但实际中，由于工程师极少怀疑芯片的EMC问题而做芯片的选型，导致走过很多弯路，做错很多事情。本案例某产品ESD问题，工程师费劲九牛二虎之力无解，经过缜密的诊断和分析，为接口芯片无抗静电能力所致，整改时选用具有抗静电能力的接口芯片后成功化解。本文的方法和思路启示我们，产品设计时，不要舍本逐末，捡了芝麻丢了西瓜，建议在器件选型特别是芯片选型上做足文章，提前规避EMC风险。

审核编辑 hhy