手机电磁兼容测试之ESD静电放电问题盘点

米粒

手机电磁兼容测试之ESD静电放电问题盘点

ESD静电放电抗扰度测试中出现的问题主要表现在以下几个方面。首先是手机通话中断；其次是ESD静电放电导致手机部分功能失效，但静电放电过程结束后或者重新启动手机之后失效的功能可以恢复。这些现象可能为：屏幕显示异常，如屏幕显示呈白色、出现条纹、显示出现乱码、显示模糊等等；通话效果出现问题，如啸叫声或者声音消失；按键功能或者触摸屏功能丧失；软件出现误告警，如在并没有出现插拔充电器的情况下频繁提示“充电已连接、充电器已移除”。然后是手机自动关机或者重新启动现象。这个问题既可能发生在通话过程中，也可能发生在待机过程中。最后原因是静电放电导致手机失效或损坏。由于部分器件损坏，手机的一些功能在重新启动后仍无法恢复，如摄像头功能；自动关机后无法再次开机的情况；与充电器相连接的情况下进行测试时，充电器也可能出现失效、损坏甚至爆炸等问题。
ESD静电放电问题的具体分析
(1)通话中断：造成通话中断的主要原因是静电放电对手机内部的射频电路和/或基带电路造成影响，造成了通信信噪比的下降，信号同步出现问题，从而造成通话中断。结构设计不合理也可能导致通话中断。静电放电试验中需要使用较大面积的金属材质的水平耦合板，手机与水平耦合板之间仅放置一个厚度为0.5 mm的绝缘垫。当天线或者大面积的金属部件距离这个水平耦合板距离过近时，可能产生相互耦合，导致移动电话机实际能达到的灵敏度大大下降，进行静电试验时通话更容易中断，严重时即使不施加静电干扰移动电话机都无法保持通话。
(2)自动关机或重启：基带电路的复位电路受到静电的干扰导致手机误关机或重启。
(3)手机失效或损坏：静电放电过程中高电压和高电流导致器件的热失效或者绝缘击穿。也可能受到静电放电过程中的强电磁场影响导致器件暂时失效。
(4)软件故障：静电干扰信号被当作有用信号被处理，导致操作系统误响应。
ESD静电放电问题的改进建议
(1)在设计方案上考虑静电放电问题
尽量选择静电敏感度等级高的器件；器件与静电源隔离；减少回路面积(面积越大，所包含的场流量越大，其感应电流越大)。具体的措施可能包括：走线越短越好；电源与地越接近越好；存在多组电源和地时，以格子方式连接;太长的信号线或电源线必须与地线交错布置；信号线越靠近地线越好；所有的组件越近越好；同一特性器件越近越好；接地平面设计：尽量在PCB上使用完整的地平面；PCB接地面积越大越好；不要有大的缺口；PCB的接地线需要低阻抗且要有良好的隔离；电源、地布局在板中间比在四周好；在电源和地之间放置高频旁路电容；保护静电敏感的元器件。
(2)出现静电问题后的整改建议针对上述静电放电问题，需要采取以下步骤进行整改。
a)尝试直接放电和间接放电、空气放电和接触放电，确认耦合路径；
b)从不同方向放电，观察现象有何不同，确定所有的放电点和放电路径；
c)从低到高，在不同电压下进行试验，确定手机在哪个电压范围内出现不合格现象；
d)多试验几台样机，分析共性，确认失效原因；
e)根据耦合路径、不合格现象、放电路径，判断相关的敏感器件；
f)针对敏感器件制订解决方案；
g)最后我们可以通过试验验证和修正来解决相应问题。整改中具体可采用以下措施：对于机壳缝隙、按键、FPCB的问题可用介质隔离的方式来处理；对于摄像头、麦克风、听筒等问题可以通过介质隔离、加强接地等方式来处理；具有屏蔽壳的芯片可以通过加强屏蔽效果、屏蔽壳加强接地的方式来处理；对于接口电路、关键芯片的引脚，要通过使用保护器件(如TVS管，ESD防护器件)来加以保护；对于软件的故障，可以通过增加一些逻辑判断来正确检测和处理告警信息的方式来改善。