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USB接口靜電整改案例分享（一）——交換機(jī)USB接口
一、摘要
USB是通用串行總線(xiàn)的縮寫(xiě)，是一種串口總線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，也是一種輸入輸出接口的技術(shù)規(guī)范。USB接口可以用來(lái)連接各種設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，已經(jīng)成為現(xiàn)今計(jì)算機(jī)設(shè)備之間連接的主要接口。但因USB接口裸露的金屬座子及對(duì)外通訊的信號(hào)PIN腳，容易受到ESD脈沖、插拔尖峰脈沖電壓等快速瞬變的影響，可能會(huì)損壞主機(jī)或外設(shè)收發(fā)器的精密內(nèi)部電路，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸造成影響，所以通過(guò)靜電整改增強(qiáng)USB接口的靜電防護(hù)能力極為重要。
靜電是生活中常見(jiàn)的問(wèn)題，靜電放電有可能會(huì)影響設(shè)備的使用。我們以湖南靜芯靜電整改的一個(gè)交換機(jī)為案例，分析USB接口在靜電防護(hù)方面可能遇到的問(wèn)題。
二、問(wèn)題描述
該產(chǎn)品有兩個(gè)USB接口，分別位于交換機(jī)前后，需要通過(guò)的測(cè)試條件為IEC61000-4-2 :2008接觸放電測(cè)試±8KV，空氣放電±12KV。該產(chǎn)品通過(guò)HDMI接口連接顯示器顯示系統(tǒng)狀態(tài)，在進(jìn)行靜電測(cè)試過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)前后兩接口均容易出現(xiàn)花屏和無(wú)信號(hào)黑屏現(xiàn)象，且需要人為重啟才能恢復(fù)正常。
三、整改過(guò)程
根據(jù)該產(chǎn)品電路圖進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)該USB接口的靜電防護(hù)器件使用的是高分子材料ESD。高分子材料ESD雖具有良好的電導(dǎo)性，但鉗位電壓和觸發(fā)電壓較高，靜電防護(hù)能力較弱且不耐高溫，建議改為硅基材料的ESD器件，鉗位電壓低且不易老化，性能不會(huì)因?yàn)闇y(cè)試次數(shù)過(guò)多而降級(jí)，靜電防護(hù)效果更佳。
我們將ESD器件換為湖南靜芯的SELC9D5V1U，其電氣特性表如下表2所示，該器件工作電壓為5V，鉗位電壓為10V，結(jié)電容為0.5Pf,封裝為SOD-923，尺寸較小封裝緊湊，可替代高分子材料ESD。由實(shí)際測(cè)試結(jié)果可知，替換后產(chǎn)品性能顯著提升，測(cè)試結(jié)果如下表1所示。
| IEC空氣放電，測(cè)試電壓+12kV，測(cè)試次數(shù)10次 | |||
| 測(cè)試序號(hào) | 整改前測(cè)試結(jié)果 | 測(cè)試序號(hào) | 整改后測(cè)試結(jié)果 |
| 1 | 打后端USB接口時(shí)，出現(xiàn)無(wú)信號(hào)黑屏 | 1 | 正常 |
| 2 | 打后端USB接口時(shí)，出現(xiàn)紅色花屏 | 2 | 正常 |
| 3 | 打前端USB接口時(shí)，出現(xiàn)紅藍(lán)色花屏 | 3 | 正常 |
| IEC空氣放電，測(cè)試電壓-12kV，測(cè)試次數(shù)10次 | |||
| 測(cè)試序號(hào) | 整改前測(cè)試結(jié)果 | 測(cè)試序號(hào) | 整改后測(cè)試結(jié)果 |
| 1 | 打前端USB接口時(shí)，出現(xiàn)紅藍(lán)色花屏 | 1 | 正常 |
| 2 | 打后端USB接口時(shí)，顯示屏無(wú)信號(hào)，蜂鳴器長(zhǎng)鳴 | 2 | 正常 |
| 3 | 打后端USB接口時(shí)，出現(xiàn)紅色花屏 | 3 | 正常 |
| IEC接觸放電，測(cè)試電壓+8kV，測(cè)試次數(shù)10次 | |||
| 測(cè)試序號(hào) | 整改前測(cè)試結(jié)果 | 測(cè)試序號(hào) | 整改后測(cè)試結(jié)果 |
| 1 | 打前端USB接口時(shí)，出現(xiàn)紅藍(lán)色花屏 | 1 | 正常 |
| 2 | 打后端USB接口時(shí)，出現(xiàn)無(wú)信號(hào)黑屏 | 2 | 正常 |
| 3 | 打前端USB接口時(shí)，出現(xiàn)畫(huà)面模糊 | 3 | 正常 |
| IEC接觸放電，測(cè)試電壓-8kV，測(cè)試次數(shù)10次 | |||
| 測(cè)試序號(hào) | 整改前測(cè)試結(jié)果 | 測(cè)試序號(hào) | 整改后測(cè)試結(jié)果 |
| 1 | 打后端USB接口時(shí)，出現(xiàn)紅色花屏 | 1 | 正常 |
| 2 | 打前端USB接口時(shí)，出現(xiàn)紅藍(lán)色花屏 | 2 | 正常 |
| 3 | 打后端USB接口時(shí)，出現(xiàn)無(wú)信號(hào)黑屏 | 3 | 正常 |
表1 測(cè)試結(jié)果對(duì)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電氣特性表
通過(guò)上述整改措施，我們成功幫助客戶(hù)解決了USB接口附近的靜電防護(hù)問(wèn)題，確保了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。湖南靜芯作為專(zhuān)業(yè)的靜電防護(hù)方案提供商，期待與您分享更多實(shí)戰(zhàn)案例與解決方案。
