[参考译文] XTR117：未通过 ESD 抗扰性测试、TI 设计通过了此测试、且 TIPD126设计通过

您好、Yash、

我要添加以下保护方案：

Kai

您好、Yash、

您是否正在进行 DO-160第22节(闪电和感应瞬态易感性测试)、也称为间接闪电针注入测试？ 如果这是测试、您需要告诉我们该特定测试的引脚注入波形类别和电平。 换言之、您需要知道每个引脚处注入的能量、并且必须对电阻器和 TVS 二极管进行相应的速率、并提供将注入的能量释放到接地的路径。 XTR117具有一定的额定能量来保护自身、它不适用于引脚注入以进行间接雷击测试(没有特定的电阻器和 TVS 保护、任何 IC 制造商都不会这样做)。  

对于航天应用、ESD 放电测试(DO-160第25节)不测试连接器引脚(DO-160第 25.1)、ESD 测试仅适用于 EUT 的情况(15kV、 a)、其中 EUT 表面任何可能的人体接触位置都可以进行测试。

在 EUT 表面上进行15kV ESD 测试时、EUT 必须接地至接地 GND。 此类测试相当标准、我认为航空、汽车和军用 ESD 测试要求非常相似。

执行 ESD 测试时、启动15kV 空气放电时、ESD 放电需要"跳"到接地。 换句话说、您需要为 ESD 放电提供低阻抗路径。 例如、如果您在 XTR117的输入连接器附近执行 ESD 空气放电、并且该连接器由金属材料制成、并且它与 EUT 的金属外壳发生物理接触、 那么 XTR117器件不应该被损坏(在 DO-160的第22节中处理 XTR117输入上的引脚注入)。  

如果输入连接器由塑料或非导电材料制成、则连接器的外部外壳需要具有金属屏蔽层、以便直接接触 EUT 的金属外壳。 否则、EUT 将不会通过该特定测试。 必须立即通过 EUT 的金属外壳对 ESD 15kV 电弧放电。 如果您允许高压在金属外壳内传播、则其路径上的任何物体都将像您所经历的那样受到损坏。 当电弧启动时、15kV 是"寻找"接地、它将找到 接地的低阻抗路径、直到它开始工作。  

如果您正在执行引脚注入或 ESD 测试、请告知我们。   

最棒的

Raymond  

您好、Raymond、

感谢您提供信息丰富的回复。  

我们正在执行 IEC 61000-4-2 4级(接触放电8kV；空气放电15kV)。

此外、我们还将使用此连接器、而母连接器将由客户选择、我们将对此无发言权。  

1.在第一次测试中、没有 PE 连接到器件、电路板与 PE 电气隔离、这导致测试期间 LCD 出现故障。  

在第二次测试中、我们将 PE 连接到一半的外壳、传感器主体和电路板与 PE 电气隔离、这有助于 LCD、但 XTR117在传感器主体上的接触放电过程中失败。 正如您提到的、如果连接器连接到金属外壳、则不会损坏任何东西、但在连接到金属外壳的传感器主体上的接触放电过程中(I DID 连续性测试)、XTR117仍然失败。 当连接连接器时、没有暴露引脚、因此我假设 ESD 不会采用连接器路由。  

损坏 XTR117的 ESD 冲击发生在黑色传感器体上的金属螺栓上。  

我们还为同一器件提供了电池电源、其中未连接4-20mA 电源、PE 未连接(二者均已电气断开)。 在这种情况下、一切工作正常并通过了 ESD 测试。

*需要注意的是，该器件只有2线，永远不会有 PE，根据标准，低电压(24V 直流)应用不需要它，我们只是在连接到 PE 时对它进行了测试，以了解我们将得到什么结果。 此外，没有为 LCD 引脚或薄膜键盘引脚添加 ESD 保护，计划在下一个修订版*中添加 ESD 保护

我在 ESD 方面发现的几个关键要点是、如果我错了、请纠正我的问题、即电路板和金属外壳会形成一个电容器、通过存储 ESD 电容器中的能量来保护电路板、然后缓慢释放能量。 但它并不完全符合我们的要求。 因此、如果我们有 TVS 二极管保护 LCD 和键盘引脚等引脚、那么我们应该在外壳(机箱接地)的本地 GND 之间添加一个电容器、这样多余的能量就不会流过 XTR117、或者我还应该添加一些二极管、如 Kai 之前的答复中所示？

您好、Yash、

您能解释一下我们在照片中看到的内容吗？

Kai

前面有一个薄膜键盘、其引脚直接连接到微控制器、我们还为分段式 LCD 显示屏提供了切口。 侧面是用于4-20mA 输出的连接器。 黑色块的背面是传感器、其导线直接连接到外壳中。

我想在图片中展示什么具体内容、但我分享了这些内容、这样大家就可以更好地了解器件结构。

除此之外，我在上次的评论中亦提到了我的问题。

"关于 ESD、我发现的几个关键要点是、如果我错了、请纠正我的问题、即电路板和金属外壳会形成一个电容器、通过存储 ESD 电容器中的能量来保护电路板、然后缓慢释放能量。 但它并不完全符合我们的要求。 因此、如果我们有 TVS 二极管保护 LCD 和键盘引脚等引脚、那么我们应该在外壳(机箱接地)的本地 GND 之间添加一个电容器、这样多余的能量就不会流过 XTR117、或者我还应该添加一些二极管、如 Kai 之前的答复中所示？"

您好、Yash、

您正在执行 IEC 61000-4-2 4级(接触放电+/- 8kV；空气放电+/-15kV)、其中首选直接接触放电和/或空气放电用于无法直接接触的位置。 XTR117的输入引脚不是这个测试兼容性的一部分、特别是当输入被直接暴露在 ESD 波形中时。

我认为在上述 ESD 测试中、EUT 必须配置为标准安装单元、在此特定 ESD 测试下、输入不会暴露在外。 换句话说、在测试期间、您不应访问插座的内部引脚、请参阅图中所示的绿色矩形。

从您发送的图片中、我看到了以下潜在问题。

EUT 外壳需要与法拉第笼类似。 外壳上涂有油漆和有机保护膜。 如果这些材料不具有导电特性、则液晶屏盖和底座(外壳的左半部分和右半部分)之间的接合区域可能会出现问题。

a)      EUT 的安装侧应以裸金属暴露在 ESD 测试表中(图中未显示该视图)。

b)      应去除油漆或保护膜、以露出接合界面之间的金属表面。 如果间隙较大或没有完全的360度物理接触(金属到金属)、则需要在间隙之间插入导电衬垫或金属或 EMI 屏蔽指环/弹簧触点。

c)      安装螺钉应在两个 LCD 和底座之间使用不锈钢或 Zn 涂层材料(不是 FeO 或黑色氧化物类型)(似乎可以)。

d)      输入插座的基座应安装在裸露的金属表面上、并使用导电密封垫作为安装材料。 安装插座之间的衬垫也应是导电衬垫、请参阅大红色矩形中的最左图。

e)      LCD 面板周围或下方的表面应具有与外壳相同的导电性类型。 我不确定 LCD 面板及其表面是否能够满足特定的 ESD 测试和合规性要求。

在 XTR117中的输入保护方面、您可以尝试 Kai 的建议或尝试以下类似方法。

如果您有其他问题、请告知我们。  

最棒的

Raymond

您好、Yash、

针对 ESD 的最佳测量方法是在电路周围分流 ESD 并且不允许 ESD 进入电路。 因此、最好的方法是使用法拉第笼(金属外壳)、在信号进入或离开外壳的每个点、ESD 分流到法拉第笼上。 通过将法拉第笼延伸到进入或离开外壳的信号之上、可将360°连接到外壳的屏蔽电缆提供很大帮助。 而且、让所有电缆仅在一个点进入或离开外壳非常重要、这样就不存在从 PCB 的一端到另一端的电路路径！！！

您能否分享一张照片、其中显示如何实施内部安装和布线？

Kai

很快就会回应:-)

Kai

是的、请您回答、我们正在等待您的回复！  

在下一个版本中、我们计划使用顶部的机箱接地层、其中 LCD 与边缘上的外露环连接、充当保护环。 此环/平面将直接连接到外壳。 覆盖 LCD 插槽并制作 法拉第笼。

我们将在电路板的另一侧添加与100nF 电容器并联的1Mohm 电阻器、以将外壳/机箱 GND 连接到信号 GND。

您好、 Yash、

您是否仍然在通过 ESD 合规性测试时遇到问题？ 或者、您也希望改进内部组件布局以供将来参考。  

在执行 ESD 合规性测试时为 EUT 供电、至少这是在 DO-160中完成的方法。 只要在测试后能够恢复、就允许瞬时 ESD 中断。  

EUT 的外部安装表面需要导电、并放置在 ESD 测试表面或工作台上。 外壳的内表面也需要导电。 如果不是、则需要在设计中连接到接地或端接到单个已知接地的连接点、例如螺钉和线束的输出屏蔽等。 实际上、EUT 的外部安装表面是整个系统的单个接地端接。 换言之、所有内部接地连接都应端接至单个接地点、该接地点应连接至输出安装表面 (称为机箱接地)。

从您的内部图像中、如果 您无法通过 ESD 合规性测试、我会看到几个潜在问题。 注释不按特定顺序排列。  

1. 我不确定内部黑色涂层或喷雾是否导电。 在实践中、内部喷雾或膜应具有导电性。  

2.两个半外壳的接口不应涂覆。 如果涂层、则必须是导电膜或油漆。  

3. O 形圈为硅类型，需要导电类型，或者当两个半外壳配接或锁定时，需要放置导电环或密封。 这是为了伸展法拉第笼。

4.所有连接器引脚(连接外部环境的接口)都需要具有某种 TVS 钳位或端接至机箱接地的高压保护。  如果在执行 ESD 测试时有一条到引脚的 HV 路径、它将 ESD 波形放电至机箱接地端。 电缆外部线束应具有接地屏蔽层、并端接在底盘接地端。  

5.如果您已注意上述所有预防措施，则内部电子电路 PCB 应非常安全，并且能够通过 ESD 合规性测试。  

6.液晶显示器可能比较硬。 您需要实施与上述相同的预防措施。 您需要将导电密封件或镂空金属弹簧/防护罩放置在显示屏周围、并将 LCD 的接地层/LCD 的金属防护罩安装并连接到外壳内部镂空窗口的机箱接地端。 您需要在 LCD 显示屏周围扩展电气传导。 如果您在 LCD 和外壳间隙中填充导电环氧树脂或导电粘合剂、以将法拉第笼延伸到 LCD 周围、则不会受伤。  

如果您有其他问题、 请告知我们。

最棒的

Raymond

您好、Yash、

问题是您允许 ESD 进入您的外壳，更糟糕的是，您允许 ESD 穿过您的电路，甚至更糟糕的是，穿过 PCB :-)

这是你可以想象的最糟糕的情形:-(

我完全同意 Raymond 的意见，您应该完全重新设计布线。 将 ESD 吸收器(TVS)直接安装在电缆进入外壳的位置、并直接或通过混合接地(通过10nF 电容器)将 ESD 分流到外壳。 必须对所有传感器电缆、输出电缆、键盘连接和 LCD 连接执行此操作。

作为一种快速修复、您可以尝试在电缆进入主 PCB 的各个点和 LCD PCB 处执行混合接地、如下所示：

但是、这只有在所有这些信号都将 ESD 吸收器(TVS)或低通滤波器连接到各个信号接地端(混合接地电容器位于此处)以将 ESD 分流到接地层并通过混合接地电容器连接到外壳时才有效。

最佳程序是"脏箱"/"干净箱"的方法、本网站的每个细节都将对此进行讨论：

很抱歉、我不得不这么说、但要非常清楚地说明、您的 ESD 问题不是由 XTR117的错误或错误构建造成的、而是由您的脆弱设计造成的。

Kai