E95蓝牙模组ESD静电问题分析

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　　背景

　　某客户使用2颗E95主从一体模组做在光伏支架的控制器上（做主机），另外2颗E95从机分别用在遥控器和角度仪上。前期做控制器的静电测试时，客户采用直接接触放电模式，4kv静电打在下图电机外壳金属裸露处，会导致蓝牙模组短暂的断开连接，很有可能是把模组打复位了，需要我司帮忙分析下静电如何干扰模组的正常工作，并且协助客户进行整改。

　　过程

　　一、ESD静电测试基础知识

　　1、静电测试原理

　　ESD英文全称为Electro-Static Discharge，意思是静电释放。简单的说就是正负电荷失衡时产生的一种现象。它的特点就是长时间积聚、高电压、低电量、大电流和作用时间短。

　　静电测试的原理：利用给定的高压电场，对被测试样定时放电，使得样品感应静电，从而进行静电电量大小，静电压半衰期，静电残留量的观测，以确定被测试样的静电性能。

　　静电测试一般分为空气放电、直接接触放电2种模式，直接接触放电主要包括HBM（带电的人体放电模式）、CMD（充电器件的放电模式）。

　　2. 测试方法

　　空气放电：被测试产品试验应以单次放电的方式进行，枪头不能接触在测试点上，尽可能靠近测试点扣动静电枪再慢慢靠近测试点进行空气放电，静电枪头不与接触点接触，空气放电+4KV的静电，打一次对地端进行放电再接着继续测试，测试10个循环。接着静电枪换为-4KV档位进行测试，打一次对地端进行放电再接着继续测试，测试10个循环，检查被测产品是否死机，再继续测试+6KV -6KV +8KV -8KV,并观察工作情况记录现象。

　　直接接触放电：被测试产品试验应以单次放电的方式进行，枪头接触在测试点上，静电枪对接口直接接触打+4KV的静电，打一次对地端进行放电再接着继续测试，测试10个循环。接着静电枪换为-4KV档位进行测试，打一次对地端进行放电再接着继续测试，测试10个循环，检查待测产品是否死机，再继续测试+6KV -6KV +8KV -8KV,并观察工作情况记录现象。

　　二、E95静电等级介绍

　　下图是E95规格书上标注出来的静电等级，数据来源是nodic 52805芯片手册，上面标称的是芯片的EDS等级，HBM是2kv，CDM是1kv。

　　下图是E95模块做DQE测试的数据记录，ESD测试等级是+-4.5kv，测试方法是直接接触放电。

　　三、客户设备静电问题分析

　　1、拿到客户设备后，首先用静电枪做复测，4kv开始，电压依次是6kv、8kv，看能否复现客户端模块复位的异常。
　　跟客户保持同样的静电测试操作，测试4kv等级，测试结果是模组不会复位，但是，6kv、8kv模组都会出现复位现象。
　　跟客户沟通后，判断4kv静电测试双方结果不同的原因，可能是测试环境、仪器的区别。

　　2、观察客户的PCB，发现强弱电间爬电距离有点近，客户反馈是0.5mm，所以怀疑静电可能是从强电的地耦合进来的。

　　为了验证猜想，将下图中强弱电地之间断开，再进行8kv测试，发现模组依旧会复位。说明静电来源不是地，可能是电源。

　　3、由于客户打静电的位置是电机外壳，而电机与控制器之间有1根电机AP线连接，所以拔掉这根线，再进行8kv测试，发现模组没有出现复位现象。所以，可初步判断静电来源是电机的AP线。

　　4、采用排除法将模组的各个引脚依次断开，继续测试8kv静电，看模组何时不会被打复位，说明静电就是从之前断开那个引脚进来的。
　　具体做法是：给模组烧录一个上电即广播的代码（除VCC、GND、RST，其他引脚都配置成输入状态），除了焊接VCC、GND和当前要测试的那个引脚，其他引脚用电工胶带覆盖，与模组焊盘隔开。

　　下图是客户的原理图E95蓝牙模块部分截图：

　　测试结果：发现只有当RST引脚悬空时，打8kv静电模组不会复位；而当RST引脚接到焊盘后，8kv静电打一下就会复位。这说明导致模组复位的原因是RST引脚出现低电平脉冲引起的。

　　5、将模组代码恢复成出厂透传代码，同样将RST引脚悬空，测试8kv静电，发现模组依旧不会复位。这样也验证了上一步骤的结论。

　　6、在模组RST、VCC引脚间，串接1个10kΩ的电阻，将RST电平上拉至3.3V，测试8kv静电，发现模组被打复位了。
　　怀疑是上拉电阻阻值太大，导致电压未达到高电平。

　　7、将RST、VCC之间用导线直连，上拉电阻变成0，测试8kv静电，结果模组不会复位。说明可确认是RST引脚低电平导致的模组复位。

　　8、为了确认RST引脚低电平来源是用户MCU输出的，还是静电在两个引脚之间导线上耦合出来的，采用以下方式：
　　将模组的所有引脚复原，由于模组RST引脚与客户MCU之间是直连，所以割断靠近MCU端的导线，测试8kv静电，发现模组会出现复位。断开RST脚与PCB焊盘连接，测试8kv静电，发现模组不会出现复位现象。

　　四、结论及解决办法
　　结论：静电是模组RST引脚与MCU引脚中间一段导线引入的。
　　解决办法：是在模组RST引脚加1个上拉电阻，推荐客户先使用10kΩ电阻，如果不行再尝试减小阻值。

　　总结
　　拿到1个客户板子，静电问题的分析步骤总结如下：
　　1. 拿到客户设备后，首先应该确认客户的测试条件与方法，进行静电复测，4kv开始，电压依次是6kv、8kv，看能否复现客户端模组异常。
　　2. 使用排除法找到静电是从模组哪个引脚引入的。
　　3. 如果定位到是RST引脚进来的静电，那么在RST引脚加上拉电阻。
　　4.如果定位是VCC或其他引脚进来的静电，那么在该引脚加1个ESD器件。
　　5. 如果是地引进来的静电，那么适当增加强弱电间爬电距离，做好电气隔离。
　　6. 如果都不是，那么静电可能是从空中耦合进来的，那么建议在模组PCB四周边缘，加1圈地，不放任何器件，或者，外部加个屏蔽罩。

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