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PCB布线不当造成ESD测试时复位【EMC学习】

PCB布线不当造成ESD测试时复位【EMC学习】

【现象描述】

某设备如下图1所示采用框体结构,各种 PCB板插入在框体中,其中有两块同样功能的PCB板,称为A 板,安装在相邻的位置上。在功能上 这两块板分别用做主控制主板与主控制备用板。

在该设备中,离 A 板安装位置较近的地方进行ESD 接触放电测试, 当测试电压为士 6 kV 时,发现其中一块 A 板出现复位现象。另一块则没有出现任何异常现象。交换两块A 板的位置再进行测试,还是原来那块出现复位现象,另一块无异常,这说明并不是由 PCB 安装位置引起的抗干扰能力差异。

比较两块A 板后发现:原来这两块板虽然功能一样,但是分别是不同的版本,出现复位现象的为0.2版本,没有出现复位的为0.1 版本。

拿另一块0.2 版本的PCB 板代替安装设备中的PCB 板再重新测试,现象一样。

基本判定问题的出现并非偶然,而是 0.2 版本的PCB板存在ESD干扰的薄弱环节。

PCB布线不当造成ESD测试时复位【EMC学习】 博主推荐 第1张

【原因分析

从现象上看,复位信号受干扰的可能性比较大,于是查看复位信号在该PCB板中的布置情况。从 PCB图可以看到.复位信号线 “proreset” 走线的确比较长。从 CPU 下面绕上去到芯片 245, 中间通过电阻连到 CPU 作为复位信号。

将“proreset” 信号端开。上电后用金属镊子短路一下 CPU 的复位信号(相当于RESET 一下), CPU 正常启动,再进行测试,现象消失,说明 CPU 复位确实是由于 “proreset” 信号受干扰导致误触发引起的。

通过测试可以看出,复位开关输出的复位信号及”watchdog” 输出的 “proreset” 均受到了 ESD干扰。测试中,这两根线的任何一个受到 ESD 干扰都会造成 PCB 板复位。

ESD电流上升时间小于1ns, 放电电流通过时,会导致导体上产生电压脉冲。这些导体可能是电源、地或信号线。

这些电压脉冲将进人与这些网络相连的每一个元器件。同时,放电电弧及流过导体的放电电流会产生一个频率范围在1 MHz- 1 GHz 的强磁场,并感性耦合到邻近的每一个布线环路。据测试,在离 ESD电弧 100 mm 远的地方将产生高达数十 A/m 的磁场。

电弧辐射的电磁场也会耦合到长的信号线上。这些信号线起到了接收天线的作用。此设备在 ESD 测试时正是因为复位信号接收到了上述的干扰而造成复位的。

用一根飞线连接代替PCB板中 “proreset” 信号,并远离PCB 板边缘,在这种情况下测试,测试中没有发现任何异常现象,测试通过。实际上,只要网口旁的走线远离 1 cm 以上就不会有问题了。

网口部分的 ” proreset” 信号走线,从网口下的分割穿过。正是这个地方有问题,一旦有干扰,那么这个地方由于全部被挖空,就会导致这条复位信号线及与其 回流地线组成的环路较大。

根据闭合回路感应电磁场的原理,该环路上的感应电压将增大,也就耦合了很大的于扰。 只要这根线走出分割区,走在 DGND 平面上面就不会有间题了。复位开关上来的复位信号也存在同样的问题。复位开关上来的复位信号穿过挖空区。这就是为什么这两个信号容易受到干扰的真正原因。

PCB布线不当造成ESD测试时复位【EMC学习】 博主推荐 第2张

【处理措施】

只要将复位信号移出分割区,布在完整的 DGND 所对应的区域上,并远离PCB 板1 cm 以上的距离,问题就能得到很好的解决。

【思考与启示】

(I ) 在多层板中,信号线通过地平面作为信号线的回流平面,不能跨地分割区走线,以免增加信号环路的面积,使电路对外界干扰变得更加敏感。

(2) 复位等敏感信号不能布在PCB板的边缘,应远离PCB板边缘1c m 以上。

注:以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》

 

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