靜電放電ESD工程量化與多維路徑耦合分析

1. 靜電放電ESD工程量化分析

1.1 金屬螺柱與線纜的分布電感工程估算

1.2 ESD放電電流估算

注：標(biāo)準(zhǔn)中ESD槍在50Ω阻抗下的電流值，但實際放電電流與放電回路阻抗相關(guān)。

1.3 ESD放電電流等級

Contact discharge current waveform parameters

1.4 回路感應(yīng)電壓估算

1.5 回路感應(yīng)電壓計算過程

2. 多維路徑耦合分析

2.1 驅(qū)動器過流問題描述

某驅(qū)動器在ESD試驗中，間接耦合板HCP 1KV放電導(dǎo)致報過流，極度敏感，整改后滿足CD-7KV，AD-9KV等級；

2.2 ESD多維路徑耦合分析

2.2.1 ESD傳導(dǎo)路徑分析

（1）ESD傳導(dǎo)路徑示意圖

（2）ESD傳導(dǎo)路徑排查分析步驟

• STEP1：割斷路徑①，無改善；
• STEP2：割斷路徑②，有改善，HCP-4KV放電不報錯；
• STEP3：割斷路徑③，有改善，CD-4KV（注：需要同時去掉才有改善）；

（3）ESD傳導(dǎo)路徑整改分析總結(jié)

ISENSE_DCBUS+_MCU、ISENSE_OC、ISENSE_RST的PCB走線為傳導(dǎo)干擾的路徑之一，且相互影響；

2.2.2 ESD近場耦合分析

（1）ESD近場耦合路徑示意圖

（2）ESD進(jìn)場耦合排查分析步驟

• STEP1：單片機(jī)采用銅箔進(jìn)行屏蔽，無改善；
• 

屏蔽MCU方法示意圖

• STEP2：Top層GND進(jìn)行割板，有改善，可達(dá)到CD-4KV；

GND割板方法示意圖

• STEP3：ISENSE_OC信號單片機(jī)側(cè)+磁珠和TVS管，有改善，可達(dá)到CD-6KV；
• STEP4：ISENSE_DCBUS+_MCU、ISENSE_OC、ISENSE_RST、15V電源在板對板連接器處+200pf電容，有改善，可達(dá)到CD-7KV；AD-9KV；

（3）ESD近場耦合整改分析總結(jié)

• 板對板連接器回路+15V電源的GND回路，在ESD電流下，間接影響母線過流信號；
• ISENSE_DCBUS+_MCU、ISENSE_OC、ISENSE_RST、15V電源在板對板連接器處+200pf 電容，同時ISENSE_OC單片機(jī)引腳處+磁珠和TVS管，可滿足要求；
• 15V電源GND的TOP鋪銅需要優(yōu)化，保證面積最?。?/li>

2.3 總結(jié)

（1）近場耦合

top層的15V的GND鋪銅回路面積過大（約200mm2），6KV-CD靜電放電時，GND瞬間波動約為50V左右，是導(dǎo)致導(dǎo)致母線過流報錯主要原因；

（2）傳導(dǎo)路徑

ESD干擾同步會耦合到母線過流相關(guān)信號，導(dǎo)致報錯;

2.4 整改落地方法

2.4.1 15V電源處理

• 15V電源的top層鋪銅優(yōu)化，保證GND無U型及環(huán)路面積，且15V與GND環(huán)路面積最??；
• 15V電源疊層板對板連接器處增加200pf左右的濾波電容，減小回流面積；

2.4.2 信號處理

• PCB板上ISENSE_DCBUS+_MCU、ISENSE_OC、ISENSE_RST信號在板對板連接器處增加200pf濾波電容，減小回流面積及三個信號線間的ESD干擾引起的串?dāng)_；
• ISENSE_OC靠近單片機(jī)引腳處加200Ω左右磁珠及BV05C的TVS管，做為濾波及壓差嵌位；

3. 設(shè)計指導(dǎo)建議

• 距離金屬螺柱附近top層或bottom層上的敏感信號或伴地設(shè)計的回路面積小于≤4mm2；
• 超過4mm2面積的回路需要進(jìn)行濾波和防護(hù)處理；
• 敏感信號盡量遠(yuǎn)離金屬部件（15KV-ESD放電間距5mm左右）；
• ESD為低壓驅(qū)動器的設(shè)計難點(diǎn)，需要軟件進(jìn)行濾波類處理，減小硬件設(shè)計壓力；