智能手机的ESD测试

由于ESD故障会造成手机工作异常,死机,甚至损坏并引发其他的安全问题,所以工信部强行要求手机产品在上市销售前的入网测试中,必须进行ESD及其他浪涌电流测试。

  ESD标准文件

我国现用的静电放电抗扰度试验标准GB/T17626.2 等同于1995年的IEC 61000-4-2标准,自1999年12月1日实施以来,多次修改和完善。在IEC 61000-4-2标准中,规定了具体的测试模型,测试环境,测试设备,测试平台及判定标准。

  另外比较常见的还有JESD22-A114-B(美国电子工业联合会标准,人体模型条件下电子元件的静电放电敏感度试验),以及ESDSTM5.1:美国静电放电协会标准,人体模型条件下电子元件的静电放电敏感度试验)。

  测试模型与环境

  对于手机ESD测试而言,以人体模型(HBM)为主。人体上的静电电压通常会达到8-10kV,在干燥环境,化纤衣服时,甚至高达12-15 kV。

  人体放电模型有两种:接触放电(Contact Discharge,ESD模拟器的电极与手机保持接触,模拟器内部的放电开关激励放电)与空气放电(Air Discharge,ESD模拟器的放电电极靠近手机,由模拟器静电击穿空气,产生放电电流)。表1为标准中规定的人体放电等级表。

智能手机的ESD测试

IEC 61000-4-2标准,为了尽可能使环境参数对试验结果产生影响,规定:

  环境温度:15~35℃

  相对湿度:30%~60%

  大气压力:86~106kPa

  测试仪器

  ESD测试需要仪器如下

  1. 静电放电发生器

  静电放电发生器的主要规范如下:

  储能电容:150pF±10%

  放电电阻:330Ω±10%

  充电电阻:50MΩ~100MΩ

  输出电压:接触放电 8kV(标称值)

  空气放电 15kV(标称值)

输出电压示值的容许偏差:±5%

  静电放电发生器主要由直流电压发生器、充电电容、充电电阻、放电电阻、放电开关和放电头组成。直流高压源对150pF电容充电,电容向放电回路端瞬间充电,从而模拟静电放电过程。其等效电路图如图1所示

智能手机的ESD测试

图1. 静电放电发生器等效电路图

  2.标准规定的测试台

  IEC 61000-4-2标准对试验台的配置有一定要求,架构图如图2所示

智能手机的ESD测试

图2. 测试台架构图

  标准中对试验台的具体配置要求如下:

  1.一张放置在接地参考平面上的0.8m高的木桌

  2.平放在桌面上的水平耦合板(HCP),面积为1.6m*0.8m

  3.竖放在桌面上的垂直耦合板(VCP),面积为0.5m*0.5m

  4.一个0.5 mm厚绝缘垫,将手机电缆与HCP隔离;接地参考平面应选择厚度不小于0.25mm的铜或铝合金薄板,其他参考平面的面积不得小于1㎡,且每边至少应伸出ECU或耦合板之外0.5m,并将它与电力系统大地相连

  5.耦合板:应采用和接地参考平面相同的金属和厚度,而且经过每段分别设置470kΩ的电阻与接地参考平面相连

  ESD测试步骤

  手机的ESD测试步骤如下:

  1.调整手机的工作模式:待机模式或者通话模式

  2.选择静电枪的放电模式:接触放电和空气放电

  3.放电频率:每点至少打10次,每次放电间隔时间为1s,每次放电后接地导走残留电荷

  结果判定

1.空气放电

  ±5kV,±8 kV:待测手机无异常,功能正常则判定Pass,否则判定Fail

  ±15kV :非永久性故障判定为Pass,否则判定Fail

  2.接触放电

  ±3kV,±4 kV:待测手机无异常,功能正常则判定Pass,否则判定Fail

  ±8kV :非永久性故障判定为Pass,否则判定Fail

静电测试耦合板接两个470K电阻作用是什么

在静电放电实验中,静电放电测试环境中,有两块耦合板上各要接一条带

2个470K电阻的接地线。经常有客户

问到,为什么要接2个470Kr电阻呢?不用一个电阻,而是采用两个,有什么特殊含义吗?

根据标准,静电放电时都要进行接触放电中的间接放电试验,具体是测试桌上铺一水平耦合板,边上同时立一

垂直耦合板,然后用静电枪对水平和垂直耦合板进行放电,看设备有无受到影响。这一测试是主要模拟人体对受

试设备边上其它物体放电(简单点如手拿钥匙),间接测试受试设备有无受到影响。

按照标准,水平耦合板和垂直耦合板都是通过2个470K的电阻接地,而且2个电阻分布在接地线两端,这下问题

来了:

1. 这两个电阻什么作用?

2.为什么用2个470K电阻?

3. 这两个电阻为什么在接地线两端?

第一个问题或许大家知道,因为对水平耦合板和垂直耦合板放电是通过瞬态的电磁场和静电场影响设备,所以这

两个电阻就是为防止静电荷沿地线快速泄放,静电场也就产生不了了;另外高阻抗容易积累电荷,最终电荷也是

积累到这些电阻释放掉了。

第二个问题是因为人体对地电阻大约

1M,两个470K电阻正好差不多;

第三个问题是将2个电阻放两端,因为阻抗不匹配,因此静电荷产生的电流会在两个电阻间来回反射直至消失,

减少了流到地上的电流。

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