某產品更換接口芯片解決ESD靜電案例

1. 問題描述

某醫療產品ESD靜電放電要求通過接觸±6kV、空氣±8kV，判據A。實驗室測試時，當對I/O接口進行接觸±2kV、空氣±4kV放電時，觸摸屏閃屏和重啟，實驗不通過。

2. 故障診斷

產品為塑料機殼，分別對電源接口、VGA接口、RS232接口、LAN接口、USB接口、MicroSD反復做靜電實驗驗證，發現對靜電最為敏感的為USB接口。查看整機內部結構，如圖1所示。

圖1 整機結構

從圖1可以看出，USB接口信號進入主控板后通過主控板上轉接口和排線進入數據板。根據ESD實驗現象分析，正是由于數據板的數據無法上傳給觸摸屏主控板，從而導致主控板復位觸摸屏失效，因此確認USB接口耦合的靜電經排線進入數據板產生干擾。

3. 原因分析

   產品USB接口電路如圖2所示。

圖2 USB接口電路

從圖2可以看出，USB數據線并聯TVS防護，同時串有限流電阻，USB電源線串有磁珠和電容濾波。將USB數據線限流電阻換成信號口共模電感，USB電源并聯TVS，同時USB排線加扁平磁環等，經過以上驗證后無任何改善，因此懷疑USB驅動芯片對ESD敏感。

查看USB驅動芯片FT232RL規格書，如圖3所示。

圖3 USB驅動芯片FT232RL性能指標

從USB驅動芯片性能指標可以看出，其無抗ESD靜電能力。

4. 整改措施

選擇具有靜電防護能力的PL2303EA接口驅動芯片，其ESD性能指標如圖4所示。

圖4 USB驅動芯片PL2303EA性能指標

從圖4可以看出，新選型的USB接口芯片與原接口芯片相比，其具有抗靜電能力。將USB接口驅動芯片更換為相同功能、相同封裝但具有抗ESD靜電能力的PL2303EA，更改后的原理圖如圖5所示。

圖5 更改后的USB接口驅動電路

5. 實踐結果

更換USB接口驅動芯片后，對設備進行ESD接觸±6kV、空氣±8kV放電，觸摸屏功能正常，試驗通過。

點評/點睛

芯片EMC設計是未來趨勢，作為硬件產品的大腦，從芯片上解決EMI和EMS才是根本！但實際中，由于工程師極少懷疑芯片的EMC問題而做芯片的選型，導致走過很多彎路，做錯很多事情。本案例某產品ESD問題，工程師費勁九牛二虎之力無解，經過縝密的診斷和分析，為接口芯片無抗靜電能力所致，整改時選用具有抗靜電能力的接口芯片后成功化解。本文的方法和思路啟示我們，產品設計時，不要舍本逐末，撿了芝麻丟了西瓜，建議在器件選型特別是芯片選型上做足文章，提前規避EMC風險。