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可視喉鏡靜電放電ESD整改案例分享

嘉峪檢測網        2022-02-07 15:53

1.現象描述

 

此款可視喉鏡產品在某檢測中心進行CE認證時,靜電放電(Electrostatic discharge)按照IEC60601-2標準,不能通過接觸放電±6K,空氣放電±8K的靜電測試。

 

2.原始產品測試結果

 

接觸放電:±6KV任何可觸及部位擊打第一次就屏幕熄滅,攝像頭LED熄滅,出現花屏白屏或藍屏等現象,且必須手動開機,才能恢復正常。

 

空氣放電:±8KV對顯示屏和攝像頭進行放電,攝像頭LED熄滅,屏幕會出現花屏,白屏或藍屏等現象,且必須手動開機,才能恢復正常。

 

3.       原始產品測試現象圖

 

可視喉鏡靜電放電ESD整改案例分享

 

可視喉鏡靜電放電ESD整改案例分享

 

4.原因分析

 

原樣機在進行靜電測試時,無論擊打任何金屬部位,攝像頭的LED燈均會熄滅,可初步判斷出,機器的靜電釋放途徑就是靠近攝像頭的鏡筒釋放,所以要確保從顯示屏到攝像頭之間的大地是相連的。但是通過量測,鏡筒處外殼與顯示屏外殼之間不導通,嚴重影響了顯示屏以及主控板的靜電釋放,從而導致靜電測試不過。

 

從產品PCB分析,主控板PCB層疊設計存在嚴重隱患,原始樣機主控板層疊設計為四層板,但是四層板中沒有單獨的GND層,導致靜電測試時,影響靜電的釋放途徑。

 

從結構上分析,顯示屏與攝像頭之間沒有連接起來,導致顯示屏以及主控板上的靜電沒有很好的釋放,從而導致出現藍屏,白屏等現象。

 

5.       整改方案

 

5.1.       原始樣機整改方案

 

【問題描述】由于機器后殼渡有防氧化漆,導致主板上的靜電不能通過外殼釋放出去,影響了機器本身的靜電釋放;

 

【問題改善建議】將外殼噴導電漆處理,并且與主板支架之間良好的接觸,使主板大地與外殼能導通,增加了主板的靜電釋放途徑。

 

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【問題描述】主板固定支架和屏固定支架為塑膠絕緣材質,不能有效的釋放主板及屏上面的靜電;

 

【問題改善建議】將主板固定支架和屏固定支架噴導電漆處理,并與屏和主板保持良好的接觸,增加靜電的釋放途徑,在條件允許的情況下,可以將塑膠材質更換成金屬材質,效果會更好;

 

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【問題描述】顯示屏與鏡筒之間的連接器為塑膠材質,導致靜電的釋放回路不通,嚴重影響了靜電的釋放;

 

【問題改善建議】將塑膠連接器噴導電漆處理,并與鏡筒以及顯示屏外殼之間保持良好的接觸,使靜電能有效的釋放。(條件允許的情況下,建議更換成金屬材質,測試效果更優)

 

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5.2.       PCB整改方案

 

【問題描述】由于PCB層疊設計沒有單獨的GND層,導致信號回流缺少單獨的參考地,影響靜電的釋放。

 

【問題改善建議】優化主控板的層疊設計,按照如下進行層疊設計;

 

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層疊方案簡介:

 

這是4層單板層疊結構方案,一共2個布線層,單個地平面層,單個電源層。其中S層代表布線層,G層代表地平面層,P層代表電源層,另外S1(TOP層)代表布置主要的元器件層。此方案在4層板層疊設計中EMC性能最優,推薦使用。

 

層疊方案優點:

 

(1)2個信號層,且每個信號層都有與之對應的完整平面參考層,保證信號有良好的低阻抗回流路徑;

 

(2)電源平面P靠近地平面G,利用兩者間的耦合電容,降低了電源平面的阻抗,同時電源層與地平面構成的平面電容可以為電源層提供很好的高頻去耦路徑;

 

(3)整體板層結構對稱,有利于提高單板的EMC整體性能。

 

層疊方案缺點:

 

此方案在單電源層層疊結構設計中EMC性能最優,無明顯EMC層疊設計缺陷。

 

層疊布線要點:

 

(1)   重要關鍵信號布線首先選擇布在S1層,其余重要信號布在S2層;

 

(2)   建議增大POWER層至S2的層間距,控制信號串擾;

 

(3)   芯板(地平面層到電源層的填充物)不宜過厚,以免增大電源層與地平面的分布阻抗,減弱了電源平面的去耦效果;

 

(4)   由于只有一個電源層,當分割成多個電源的時候,S2層內的布線要注意避免跨分割。

 

6.       測試驗證

 

通過對原始樣機上面進行的整改,在指定的實驗室通過了靜電放電測試。

 

7.       總結

 

根據以上整改總結以下基本原則:

 

1:多層板卡設計時應該注意增加單獨GND層設計;

 

2: 電子產品在設計時,應該考慮產品本身地回路的完整性

 

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來源:Internet

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