USB端子±4KV接觸放電測試芯片損壞問題分析

問題現(xiàn)象描述：

EMC測試人員反饋對USB端子的金屬外殼進行±4KV接觸放電后系統(tǒng)無法開機，分析確認芯片已經(jīng)損壞，造成系統(tǒng)無法正常開機。實驗室模擬對雙層USB端子進行±4KV接觸放電則不會出現(xiàn)系統(tǒng)無法開機的現(xiàn)象。與測試工程師進行深入溝通確認，客戶對雙層USB端子的中間金屬橫條進行接觸放電±4KV，才會出現(xiàn)系統(tǒng)無法開機的問題，而對USB外殼部分金屬進行接觸±4KV放電則不會出現(xiàn)系統(tǒng)無法開機的問題，在實驗室按照客戶現(xiàn)場的操作方法模擬，出現(xiàn)系統(tǒng)無法開機現(xiàn)象，確認也是芯片損壞。

雙層USB端子的中間金屬橫條

問題原因分析：

對金屬橫條進行靜電放電測試過程中，仔細觀察發(fā)現(xiàn)金屬橫條與金屬外殼結(jié)合處存在拉弧放電放電的現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)象判斷金屬橫條與金屬外殼之間存在接觸不良或存在開路現(xiàn)象，否則對金屬橫條進行靜電放電不會出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象。  

雙層USB端子的中間金屬橫條結(jié)構(gòu)設計

使用萬用表量測金屬橫條與金屬外殼之間連接導電性，發(fā)現(xiàn)兩者之間是完全開路狀態(tài)，使用導電膠布將金屬橫條與金屬外殼連接起來，對金屬橫條進行接觸放電±4KV未出現(xiàn)系統(tǒng)無法開機的問題，直至進行接觸±6KV靜電放電也未出現(xiàn)系統(tǒng)無法開機問題。

問題根因分析：

對金屬橫條進行靜電放電測試時，由于金屬橫條與金屬外殼之間處于開路狀態(tài)，金屬橫條對金屬外殼拉弧放電的同時金屬橫條對USB差分信號放電，靜電干擾則通過USB差分耦合到芯片，造成芯片損壞。    

雙層USB端子結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化

問題解決方案（一）

優(yōu)化雙層USB端子的結(jié)構(gòu)設計，將金屬橫條與金屬外殼之間進行充分的連接，使兩者之間完全等電位，避免對金屬橫條放電拉弧的問題，靜電放電測試結(jié)果PASS。

USB差分信號增加TVS管防護

問題解決方案（二）

在供應商端子優(yōu)化完成之前，采用在USB差分信號增加TVS管，對靜電放電時耦合到的靜電干擾進行旁路，以保護芯片免受靜電放電噪聲的危害，導入改善對策后靜電放電測試PASS。