瞬雷電子：DVR產(chǎn)品ESD和浪涌案例分析

隨著安防行業(yè)的蓬勃發(fā)展，DVR產(chǎn)品越來越普及，其可靠性也提上日程，尤其是ESD和浪涌的防護(hù)。在印度、巴西等雷暴很頻繁的地區(qū)，DVR沒有良好的防護(hù)設(shè)計(jì)，會(huì)給公司造成很大的損失。

這里分析幾個(gè)在我們產(chǎn)品設(shè)計(jì)中遇到的案例。

在這之前，先羅嗦幾句，傳統(tǒng)的“問題解決辦法”已經(jīng)過時(shí)，“系統(tǒng)法”正在逐步建立，在這里要鳴謝深圳市瞬雷電子有限公司為我們提供的所有服務(wù)，尤為重要的是“系統(tǒng)法”的提供與實(shí)踐者。

案例1：VGA電路防護(hù)

如圖電路板A/B：為VGA端口的靜電防護(hù)，選擇的靜電保護(hù)器件為：TUSD03FB (具體資料可查詢www.spsemi.cn 網(wǎng)站)，測試條件為：接觸放電8KV .測試結(jié)果如下：A板Pass ,B 板NG.

上圖1電路板A和電路板B的原理圖設(shè)計(jì)一致，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是電路板B的防護(hù)等級明顯降低。

圖1電路板A黃色線是需要防護(hù)的線路，周圍有地線做保護(hù)，綠色星形圓孔是單板接外殼的接地孔，電路板B的白色線是需要防護(hù)的線路。這兩塊單板都是四層板，防護(hù)器件都在top層，第二層是地平面，第一層和第二層之間的絕緣介質(zhì)只有3.2mil。ESD實(shí)驗(yàn)的時(shí)候TVS把能量瀉放到第二層的地平面，然后再通過接地孔瀉放到金屬外殼上，由于絕緣介質(zhì)很薄，能量在地平面?zhèn)鬏數(shù)倪^程中很容易耦合到第一層的信號上。電路板A很顯然瀉放通道是最順暢的對其他信號的干擾最小，電路板B的瀉放通道不太順暢，對其他信號干擾的概率增大。

所以結(jié)構(gòu)接地孔的設(shè)計(jì)對ESD的防護(hù)有很大的影響。

“系統(tǒng)法”中具體表現(xiàn)為：

（1） 地位置的排放，明確了耦合路徑，而選擇一個(gè)較好的耦合路徑為問題的解決起到事半功倍的效果。

（2） 其次，由于對靜電的特性不了解，所以在布局上，沒有考慮進(jìn)去，所以“系統(tǒng)解決法”的好處就在這里。

案例二：后面板PCB設(shè)計(jì)問題

圖2是DVR產(chǎn)品中的功能后板，此板一般采用二層PCB板設(shè)計(jì)，圖2紅色框是此板和主板的連接器同時(shí)還有眾多連接攝像機(jī)的BNC連接器。由于布局的要求很多信號從單板的右端連接到左端或者說單板左端的線密度大而右邊的線密度較小。在ESD實(shí)驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)右端的接口較容易過，左端很難通過。

通過對PCB設(shè)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)很多信號線穿過放電管的區(qū)域。如圖3所示，黃色高亮的信號線連接到一個(gè)放電管上，但是此放電管的bottom層有很多的信號線，放電管的接地端又沒有良好的接地瀉放平面。這樣造成了對其他信號很強(qiáng)的耦合干擾。

針對以上情況使用很粗的線纜與放電管以及BNC的接地腳和外殼端接在一起，同時(shí)BNC又和結(jié)構(gòu)的外面殼焊接在一起。這樣給ESD和浪涌信號一個(gè)最順暢的瀉放通道。

“系統(tǒng)法”中具體表現(xiàn)為：

1、 接地阻抗的連續(xù)性，如接地阻抗大，那么對地瀉放時(shí)，PCB 上地層的電壓就會(huì)升高，由于dv/dt 變化很快，任何的寄生參數(shù)就不能不考慮，電壓大對其他信號線及信號層耦合的可能性就變大，影響其耦合的四大因素有：時(shí)間、距離、角度、頻率。

2、 其次，電壓大時(shí)，如何成功將其轉(zhuǎn)化為電流，這就是選擇防護(hù)器件的必要性，如電流很大，接地阻抗連續(xù)性差，即接地阻抗較大，又會(huì)轉(zhuǎn)換為電壓，所以二者之間是相輔相成。

3、 其次和上述案例一樣，就是地層與信號線之間的耦合問題，所以作為瀉放地，在一級防護(hù)器件之后，在短距離內(nèi)是不宜靠近信號線或其他參考層。所以“分地”的好處就在這里。時(shí)而“分”時(shí)而“合”既兼顧又統(tǒng)一。

案例三：主板上二級防護(hù)的必要性

下圖對第10通道進(jìn)行ESD實(shí)驗(yàn)可以通過；對第3通道進(jìn)行ESD實(shí)驗(yàn)，第10通道受到第3通道的耦合，但是第10通道的防護(hù)器件遠(yuǎn)離耦合點(diǎn)（圖5黃色高亮器件是第10通道的防護(hù)器件），使得第10通道的防護(hù)器件對于第3通道的耦合干擾無法發(fā)揮作用，從而影響主板上第10通道的正常工作。此時(shí)需要在主板上進(jìn)行第2級防護(hù)。

下圖D1是后面板上的第1級防護(hù)，D2是主板上的第2級防護(hù)。這種設(shè)計(jì)可以在一定程度上解決第3通道對第10通道的干擾。

“系統(tǒng)法”中具體表現(xiàn)為：

1、 可維修設(shè)計(jì)方法得到體現(xiàn)，按照之前的方案，是不需要二級防護(hù)的，由于PCB設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的問題，所以在這里之前就預(yù)留了對地瀉放的位置。其次還可以在電路中設(shè)計(jì)為串聯(lián)0 歐姆電阻，通過改變電阻的大小，從而改變系統(tǒng)的整體效能。

2、 防靜電的總的處理辦法為：瀉放-----阻-----瀉放 ，既滿足系統(tǒng)對靜電的要求還滿足了系統(tǒng)對浪涌的要求，否則將會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)失敗。