问题现象描述

 

某视频播放显示设备，在USB模式下播放视频文件时，在对其USB端子进行±4KV接触放电时，出现USB设备掉线问题。需要拔插USB设备，操作进入USB模式重新播放视频，不符合静电放电测试B等级判定结果。

 

 

对设备的其它端口进行±4KV接触放电时，USB设备掉线概率较低，靠近USB端子越近的位置进行接触放电出现USB设备掉线的概率越高。

 

问题现象排查过程

 

设计工程师尝试在USB差分信号线上增加不同规格的TVS管器件，在USB差分信号线上串联电阻，静电放电USB设备掉线问题依然存在。更换不同的USB设备测试，问题现象依然存在，排除USB设备抗静电能力弱的可能性。

 

更换不同的测试场地、更换不同的静电放电枪，问题现象依然存在，排除测试场地、测试环境、测试设备的影响，确认是视频播放设备本身抗静电能力较弱。

 

设备连接有线网络，播放视频进行静电放电测试，测试结果是通过，设备视频来使用HDMI设备播放视频进行静电放电测试，结果也是通过，确认USB设备播放视频静电放电才会出现掉线问题。    

 

 

USB设备的差分信号采用直连设计，中间无USB Hub、USB开关、USB Redriver等电路，而USB设备电路设计经过多次级联，如果在静电放电测试过程中USB设备的供电电源设备出现电压跌落，当电压跌落到USB设备供电电压的下限，则会导致USB设备因供电电压不符合规格要求，出现USB设备掉线。

 

问题分析验证过程

 

根据USB设备供电电源电路结构设计，可知USB设备的供电电源分别经过DC-DC转换电路、时序切换电路、USB电源限流开关。为验证问题产生的原因可能与USB供电电源稳定性相关，在靠近USB端子处供电电源增加100uF电解电容，在前级电路出现电压跌落瞬间进行补偿，防止USB设备供电出现因供电电压跌落出现设备掉线。

 

靠近USB设备供电电源引脚增加100uF电容，对USB端子进行静电放电测试过程中未出现USB设备掉线的问题，反复验证多次，测试结果均是满足静电放电测试判定结果的。

 

为验证USB设备电源出现跌落的具体原因，尝试将USB限流开关进行短路后，对USB端子进行静电放电测试，USB设备掉线的问题消失，反复验证确认与USB限流开关相关。    

 

 

 

问题根因分析

 

通过分析排查试验验证，确认是USB限流开关本身受到干扰，导致内部判断出现过流，自动关闭输出，静电放电干扰消除后，限流开关恢复正常，在此过程中USB供电电源出现跌落，后端又没有电解电容进行补偿。

 

问题产生的根因是USB限流开关靠近外部端子较近，外部端子附近的参考地平面破坏严重，静电电流流过时地平面骚动大，USB限流开关因参考地骚扰出现过流保护。验证过程中发现在限流开关的输出引脚，增加电解电容缓解电压跌落可以解决USB设备掉线的问题，在输出端增加1000pF的高频电容，吸收静电放电过程中通过输出引脚耦合的高频噪声也可以解决USB设备掉线的问题。

              

 

问题解决方案

 

根据问题原因分析，使用Pin to Pin 抗静电能力较好的SY6280型号USB限流开关，替代原始设计使用的抗静电能力较弱的TMI6263BH信号的限流开关，进行静电放电测试，USB设备掉线问题消失，静电放电测试结果PASS。

 

问题解决方案（二）：使用原始设计的TMI6263BH型号的USB限流开关芯片，在输出引脚增加滤波电解电容来补偿其电压跌落，或者增加1000pF电容来吸收静电放电过程高频噪声通过输出引脚耦合进入USB限流开关，误触发其过流保护机制。对策后进行静电放电测试，USB设备掉线问题消失，静电放电测试结果PASS。 

          

来源：Internet

关键词： 静电放电