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USB接口静电整改案例分享(一)——交换机USB接口

已有 351 次阅读| 2024-10-18 10:55 |系统分类:芯片设计

USB接口静电整改案例分享(一)——交换机USB接口

一、摘要

USB是通用串行总线的缩写,是一种串口总线的标准,也是一种输入输出接口的技术规范。USB接口可以用来连接各种设备,从而实现计算机与外部设备之间的数据传输已经成为现今计算机设备之间连接的主要接口。但因USB接口裸露的金属座子及对外通讯的信号PIN脚,容易受到ESD脉冲、插拔尖峰脉冲电压等快速瞬变的影响,可能会损坏主机或外设收发器的精密内部电路,会对数据的传输造成影响,所以通过静电整改增强USB接口的静电防护能力极为重要。

静电是生活中常见的问题,静电放电有可能会影响设备的使用。我们以湖南静芯静电整改的一个交换机为案例,分析USB接口在静电防护方面可能遇到的问题。

image.pngimage.png

二、问题描述

该产品有两个USB接口,分别位于交换机前后,需要通过的测试条件为IEC61000-4-2 :2008接触放电测试±8KV,空气放电±12KV。该产品通过HDMI接口连接显示器显示系统状态,在进行静电测试过程中,我们发现前后两接口均容易出现花屏和无信号黑屏现象,且需要人为重启才能恢复正常。

三、整改过程

根据该产品电路图进行分析,我们发现该USB接口的静电防护器件使用的是高分子材料ESD。高分子材料ESD虽具有良好的电导性,但钳位电压和触发电压较高,静电防护能力较弱且不耐高温,建议改为硅基材料的ESD器件,钳位电压低且不易老化,性能不会因为测试次数过多而降级,静电防护效果更佳。

image.png

我们将ESD器件换为湖南静芯的SELC9D5V1U,其电气特性表如下表2所示,该器件工作电压为5V,钳位电压为10V,结电容为0.5Pf,封装为SOD-923,尺寸较小封装紧凑,可替代高分子材料ESD。由实际测试结果可知,替换后产品性能显著提升,测试结果如下表1所示。

IEC空气放电,测试电压+12kV,测试次数10次

测试序号

整改前测试结果

测试序号

整改后测试结果

1

后端USB接口时,出现无信号黑屏

1

正常

2

打后端USB接口时,出现红色花屏

2

正常

3

打前端USB接口时,出现红蓝色花屏

3

正常

IEC空气放电,测试电压-12kV,测试次数10次

测试序号

整改前测试结果

测试序号

整改后测试结果

1

打前端USB接口时,出现红蓝色花屏

1

正常

2

打后端USB接口时,显示屏无信号,蜂鸣器长鸣

2

正常

3

打后端USB接口时,出现红色花屏

3

正常

IEC接触放电,测试电压+8kV,测试次数10次

测试序号

整改前测试结果

测试序号

整改后测试结果

1

打前端USB接口时,出现红蓝色花屏

1

正常

2

打后端USB接口时,出现无信号黑屏

2

正常

3

打前端USB接口时,出现画面模糊

3

正常

IEC接触放电,测试电压-8kV,测试次数10次

测试序号

整改前测试结果

测试序号

整改后测试结果

1

打后端USB接口时,出现红色花屏

1

正常

2

打前端USB接口时,出现红蓝色花屏

2

正常

3

打后端USB接口时,出现无信号黑屏

3

正常

表1 测试结果对比表

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM




5.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

5.5



V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=5V



1.0

uA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us


8.0

10.0

V

Clamping Voltage

VC

IPP=3.5A; tp=8/20us


10.0

12.0

V

Junction Capacitance

CJ

VR=0V; f=1MHz


0.5

0.7

pF

表2 SELC9D5V1U电气特性表

通过上述整改措施,我们成功帮助客户解决了USB接口附近的静电防护问题,确保了设备的稳定运行。湖南静芯作为专业的静电防护方案提供商,期待与您分享更多实战案例与解决方案。

 



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