静电放电ESD工程量化与多维路径耦合分析
1. 静电放电ESD工程量化分析
1.1 金属螺柱与线缆的分布电感工程估算
1.2 ESD放电电流估算
注：标准中ESD枪在50Ω阻抗下的电流值，但实际放电电流与放电回路阻抗相关。
1.3 ESD放电电流等级
Contact discharge current waveform parameters
1.4 回路感应电压估算
1.5 回路感应电压计算过程
2. 多维路径耦合分析
2.1 驱动器过流问题描述
某驱动器在ESD试验中，间接耦合板HCP 1KV放电导致报过流，极度敏感，整改后满足CD-7KV，AD-9KV等级；
2.2 ESD多维路径耦合分析
2.2.1 ESD传导路径分析
（1）ESD传导路径示意图
（2）ESD传导路径排查分析步骤
- STEP1：割断路径①，无改善；
- STEP2：割断路径②，有改善，HCP-4KV放电不报错；
- STEP3：割断路径③，有改善，CD-4KV（注：需要同时去掉才有改善）；
（3）ESD传导路径整改分析总结
ISENSE_DCBUS+_MCU、ISENSE_OC、ISENSE_RST的PCB走线为传导干扰的路径之一，且相互影响；
2.2.2 ESD近场耦合分析
（1）ESD近场耦合路径示意图
（2）ESD进场耦合排查分析步骤
- STEP1：单片机采用铜箔进行屏蔽，无改善；
屏蔽MCU方法示意图
- STEP2：Top层GND进行割板，有改善，可达到CD-4KV；
GND割板方法示意图
- STEP3：ISENSE_OC信号单片机侧+磁珠和TVS管，有改善，可达到CD-6KV；
- STEP4：ISENSE_DCBUS+_MCU、ISENSE_OC、ISENSE_RST、15V电源在板对板连接器处+200pf电容，有改善，可达到CD-7KV；AD-9KV；
（3）ESD近场耦合整改分析总结
- 板对板连接器回路+15V电源的GND回路，在ESD电流下，间接影响母线过流信号；
- ISENSE_DCBUS+_MCU、ISENSE_OC、ISENSE_RST、15V电源在板对板连接器处+200pf 电容，同时ISENSE_OC单片机引脚处+磁珠和TVS管，可满足要求；
- 15V电源GND的TOP铺铜需要优化，保证面积最小；
2.3 总结
（1）近场耦合
top层的15V的GND铺铜回路面积过大（约200mm²），6KV-CD静电放电时，GND瞬间波动约为50V左右，是导致导致母线过流报错主要原因；
（2）传导路径
ESD干扰同步会耦合到母线过流相关信号，导致报错;
2.4 整改落地方法
2.4.1 15V电源处理
- 15V电源的top层铺铜优化，保证GND无U型及环路面积，且15V与GND环路面积最小；
- 15V电源叠层板对板连接器处增加200pf左右的滤波电容，减小回流面积；
2.4.2 信号处理
- PCB板上ISENSE_DCBUS+_MCU、ISENSE_OC、ISENSE_RST信号在板对板连接器处增加200pf滤波电容，减小回流面积及三个信号线间的ESD干扰引起的串扰；
- ISENSE_OC靠近单片机引脚处加200Ω左右磁珠及BV05C的TVS管，做为滤波及压差嵌位；
3. 设计指导建议
- 距离金属螺柱附近top层或bottom层上的敏感信号或伴地设计的回路面积小于≤4mm²；
- 超过4mm²面积的回路需要进行滤波和防护处理；
- 敏感信号尽量远离金属部件（15KV-ESD放电间距5mm左右）；
- ESD为低压驱动器的设计难点，需要软件进行滤波类处理，减小硬件设计压力；
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