问题现象描述

 

某微投产品，在Wi-Fi模式下播放视频文件时，对其外部金属端口进行±4KV接触放电测试时，出现Wi-Fi设备掉线问题。需要重新连接Wi-Fi设备，方可恢复播放视频，不符合静电放电测试B等级判定结果。

 

图1：产品形态图

 

问题现象排查过程

 

静电放电过程中出现Wi-Fi掉线，系统工作正常，则明问题主要来自Wi-Fi模块电路。根据产品电路设计框图可知，Wi-Fi模组输出USB差分信号到USB Hub芯片转换，再输出给主控芯片处理，其中Wi-Fi模组与主控芯片之间通过多个GPIO信号控制。

 

 

图2：Wi-Fi部分电路原理框图

 

根据原理框图可知，Wi-Fi模组与USB端口共同经过USB Hub,Wi-Fi掉线问题引起主要因素包含两部分，即Wi-Fi模组与USB Hub。为确定敏感源是USB Hub还是Wi-Fi模组，在端口插入U盘，并播放U盘视频信号，进行静电放电测试，发现U盘也会出现掉盘现象，USB通道与Wi-Fi模组共用USB Hub，初步怀疑是USB Hub收到静电放电干扰出现异常。    

 

使用打印信息软件，在静电放电过程进行软件信息打印，以协助判断问题出现的原因。打印软件信息发现静电放电出现Wi-Fi掉线的过程是先出现USB Hub掉线，再出现Wi-Fi断线，根据打印信息判断是USB Hub受到静电放电干扰出现异常后掉线，稍后出现Wi-Fi掉线，判断敏感源是USB Hub。

 

 

图3：USB Hub芯片引脚说明

 

根据USB Hub data sheet可知其为4路USB输入1路USB输出，采用5V电源供电，内部分别集成5V转3.3V LDO与5V转1.8V LDO电源转换，外部控制GPIO信号主要有PIN17引脚复位信号，LED1、LED2显示灯控制GPIO，当前电路设计未使用PIN23、PIN24引脚。    

 

图4：USB Hub芯片复位信号PCB布线设计（修改前）

 

查阅PCB Layout设计图，发现USB Hub芯片距离端子稍近，而其PIN17引脚复位信号的PCB布线靠近外部金属端子下方布线，如上图黄色PCB Layout布线轨迹，当对外部金属端子进行静电放电时有被干扰的风险。

 

使用镊子将USB Hub的复位信号对地短路进行复位操作，也会出现Wi-Fi掉线的现象，打印信息与静电放电测试过程中的现象完全相同。使用静电放电枪对USB Hub的复位信号直接进行静电放电2KV，出现的现象与直接复位的现象相同，初步锁定是USB Hub复位信号被干扰所导致。

 

靠近USB Hub芯片的复位引脚处增加0.1uF电容，吸收静电放电耦合的电场干扰后，重新进行静电放电测试，结果PASS，确定是USB Hub的复位信号受到静电放电噪声干扰，导致USB Hub芯片被复位，USB信号断连，引发Wi-Fi掉线。

 

问题解决方案

 

根据问题分析验证过程，确定USB Hub芯片的复位信号引脚受到静电放电噪声干扰，解决方案在USB Hub芯片引脚增加0.1uF电容，滤除静电放电过程中耦合的静电干扰。

 

由于PCBA因其它原因也要修改PCB Layout设计，同步也修改PCB Layout设计，调整USB Hub芯片引脚复位信号布线设计，使其远离外部端子布线，降低静电放电的噪声耦合，PCB Layout修改如下图所示：    

图5：USB Hub芯片复位信号PCB布线设计（修改后）

 

修改USB Hub芯片复位信号PCB布线后，USB Hub芯片复位引脚不增加0.1uF滤波电容，静电放电测试结果PASS，证明问题产生的原因确实是USB Hub芯片复位引脚布线靠近端子较近，静电放电测试耦合噪声所致。

 

【案例总结与思考】:

 

外部金属端子为静电放电测试点，敏感信号布线应远离静电放电测试点，若PCB Layout设计无法避免时，应考虑静电放电噪声耦合的防护，否则可能引发静电放电问题。

 

 

来源：Internet

关键词： 静电放电