用幾個實際案例帶你分析如何解電磁兼容ESD問題？

根據反復重啟的時間判斷，類似于長按Power鍵。檢查Power_On信號，發現已經被持續拉低，Power_On信號的原理圖如下：

為了降成本，位置1并沒有貼TVS管，而是用一個電容代替，電容的耐壓值是25V。失效的機器，這個電容已經短路，可以判斷ESD進入殼體，直接打壞了位置1的電容。

如果把位置1的電容耐壓提高到50V，能抗的ESD搶數量會增多，但*終還是會壞。這個項目不是防水的，密封性做的很差，所以才有問題。

【解決方法】

把位置1的電容換成TVS管，或者位置1不要貼任何東西，在位置2放一個1nF的電容。靠1K電阻+1nF電容來吸收ESD能量。

另外，在側鍵的FPC附近，增加了GND露銅區域，引導ESD先進入GND。這也是一種低成本的解決方法，如果ESD能量足夠大，實測幾乎可以把1K電阻打壞。

某智能手表在USB接口外殼打ESD造成黑屏死機問題

充電口是Micro-B型USB接口，接觸放電±10KV，會出現黑屏，死機，閃屏等現象。

抓死機Log，沒有發現什么端倪。

將USB信號逐個引出，VBUS，D+，D-都沒有出現問題，打ID管腳，會出現類似現象。打GND，會很低概率出現類似現象。遂將問題定位到ID管腳，和GND上。

仔細檢查USB接口附件的Layout，問題如下：

1、USB_ID管腳是懸空的。

2、在L3和L6層，靠近USB接口，有與屏相關的敏感信號。

懸空的ID管腳是知名威脅，靜電積累到一定程度，肯定會對周圍放電，二次放電的威力更大。

USB周圍的有敏感信號，在打ESD時，附近的GND電平瞬間局部抬高，尤其是看到USB接口的屏蔽殼跟表層相連，周圍沒有非常多的過孔打到內層GND，這更加重了GND局部電平的提高，這會干擾到這些敏感信號，導致死機，黑屏，閃屏問題。

【解決方法】

USB的固定PIN以及GND PIN，只接主GND，不要每一層都接GND。MIPI，LCD_TE，LCD_RST遠離USB接口。

某智能手表屏幕朝下，打后殼會黑屏

這是一個SPI接口的顯示屏，問題比較簡單，一個偶然的機會發現是SPI信號中，CS線被軟件強制拉低，且一直處于低的狀態，這樣是不行的。

實測將CS線的行為改成符合SPI協議，只在傳輸數據時拉低，這個黑屏的問題解決了。

某智能手表在USB的GND PIN上注入接觸-8KV靜電，會概率關機

首先抓取了Log分析，沒有發現什么線索。

直接拆開整機，在主板的不同地方的GND，注入ESD，統計關機的次數，得出一個簡單的規律，只有在靠近電池BTB的地方，才會大概率出現，初步判斷是ESD干擾了電池周圍的信號。

電池BTB周圍的信號有D+，D-，VBUS，MIPI，BAT_ID，BAT_THERM等，逐個在這些信號上，注入小兩級的ESD，比如±2KV，有些信號會導致PMU損壞，有些會導致死機。只有BAT_ID信號會出現關機的現象。

關機有兩種可能，一是內部軟件流程關機，二是電池突然掉電。尤其是**種，往往很容易忽略。因為某些情況下，ESD注入兩槍，立即就出現了關機現象，這很像是電池掉電了。

電池掉電有兩種可能，一是電池保護板保護機制生效，切斷了供電。二是Vbat到PMU的通路被打斷。排查了主板上的器件，Vbat的通路經過的都是一些模擬器件，可能性比較小。

我們直接從主板VBAT飛線，連接到程控電源上，再打ESD的時候，發現就不會關機了。這進一步說明，在注入ESD時，是電池本身沒有輸出了。

電池保護板的原理圖如下：

在圖中GND上注入+8KV，沒有問題，因為右邊的TVS吸收了大部分能量，由于正向導通，鉗位電壓較低（小于4.4V），電池保護板沒有觸發保護機制。但是如果注入-8KV，TVS管開始反向鉗位，瞬間的鉗位電壓較高（大于4.4V），超過電池起保護電壓，電池觸發保護機制，MOS管U2斷開，導致關機。下圖是TVS管的鉗位特性，也能佐證這個結論。

注意電池保護板的保護IC，是判斷C1兩端的電壓，來決定是否起保護的。所以要解決這個問題，需要增大C1的容值。實測將C1增大到1uF，關機的概率明顯降低了。

降低了，但沒有徹底解決問題，肯定還有其他原因。這個原因是先猜出來，然后試驗驗證的。

上文提到只有BAT_ID信號會出現關機的現象。所以猜測靜電耦合到了ID管腳，進入PMU導致關機。

下面是這次電池保護板的走線，ID的走線與GND有較長的耦合長度，GND上的瞬間能量能很快耦合到這根線上，*終直接進入到PMU。

雖然主板上ID走線也跟GND有很長的耦合距離，但是主板上的GND與Vbat之間有TVS鉗位，GND的電壓不至于跳變太厲害，也不會耦合很多能量到ID線上。反而是電池FPC上的GND電平跳動*大，ID先在FPC上耦合的能量更多。

FPC改版成如下樣式，ID和GND基本沒有重疊區域，能量也不會耦合到ID管腳上，再也沒有出現過關機問題。

經檢查，確定是TP IC被打壞。沒有仔細分析IC損壞的原因，因為發現TP FPC背后的雙面到點膠太弱，根本沒有粘到GND上。TP沒有很好的接地，導致了這個問題。

只要TP接地良好，就肯定該不會出現TO IC失效問題。

電磁兼容整改小技巧:

1）差模干擾與共模干擾

1.1差模干擾：存在于L-N線之間，電流從L進入，流過整流二極管正極，再流經負載，通過熱地，到整流二極管，再回到N，在這條通路上，有高速開關的大功率器件，有反向恢復時間極短的二極管，這些器件產生的高頻干擾，都會從整條回路流過，從而被接收機檢測到，導致傳導超標。

1.2共模干擾：共模干擾是因為大地與設備電纜之間存在寄生電容,高頻干擾噪聲會通過該寄生電容，在大地與電纜之間產生共模電流，從而導致共模干擾。

下圖為差模干擾引起的傳導FALL數據，該測試數據前端超標，為差模干擾引起：

下圖為開關電源EMI原理部分：

圖中CX2001為安規薄膜電容（當電容被擊穿或損壞時，表現為開路）其跨在L線與N線之間，當L-N之間的電流，流經負載時，會將高頻雜波帶到回路當中。此時X電容的作用就是在負載與X電容之間形成一條回路，使的高頻分流，在該回路中消耗掉，而不會進入市電，即通過電容的短路交流電讓干擾有回路不串到外部。

對差模干擾的整改對策：

1. 增大X電容容值

2. 增大共模電感感量，利用其漏感，抑制差模噪聲（因為共模電感幾種繞線方式，雙線并繞或雙線分開繞制，不管哪種繞法，由于繞制不緊密，線長等的差異，肯定會出現漏磁現象，即一邊線圈產生的磁力線不能完全通過另一線圈，這使得L-N線之間有感應電動勢，相當于在L-N之間串聯了一個電感）

下圖為共模干擾測試FALL數據：

電源線纜與大地之間的寄生電容，使得共模干擾有了回路，干擾噪聲通過該電容，流向大地，在LISN-線纜-寄生電容-地之間形成共模干擾電流，從而被接收機檢測到，導致傳導超標（這也可以解釋為什么有的主板傳導測試時，不接地通過，一夾地線就超標。USB模式下不接地時，電流回路只能通過L-二極管-負載-熱地-二極管-N,共模電流不能回到LISN，LISN檢測到的噪聲較小，而當主板的冷地與大地直接相連時，線纜與大地之間有了回路，此時若共模噪聲未被前端LC濾波電路吸收的話，就會導致傳導超標）

對共模干擾的整改對策：

1. 加大共模電感感量

2. 調整L-GND，N-GND上的LC濾波器，濾掉共模噪聲

3. 主板盡可能接地，減小對地阻抗，從而減小線纜與大地的寄生電容。

2）產品電磁兼容騷擾源有：

1、設備開關電源的開關回路：騷擾源主頻幾十kHz到百余kHz，高次諧波可延伸到數十MHz。

 2、設備直流電源的整流回路：工頻線性電源工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數百kHz；開關電源高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數十MHz。

 3、電動設備直流電機的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。

 4、電動設備交流電機的運行噪聲：高次諧波可延伸到數十MHz。

 5、變頻調速電路的騷擾****：開關調速回路騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz。

 6、設備運行狀態切換的開關噪聲：由機械或電子開關動作產生的噪聲頻率上限可延伸到數百MHz。

7、智能控制設備的晶振及數字電路電磁騷擾：騷擾源主頻幾十kHz到幾十MHz，高次諧波可延伸到數百MHz。

8、微波設備的微波泄漏：騷擾源主頻數GHz。

 9、電磁感應加熱設備的電磁騷擾****：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數十MHz。

 10電視電聲接收設備的高頻調諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數十MHz到數百MHz，高次諧波可延伸到數GHz。

11、信息技術設備及各類自動控制設備的數字處理電路：騷擾源主頻數十MHz到數百MHz（經內部倍頻主頻可達數GHz），高次諧波可延伸到十幾GHz。