一種汽車視頻控制器的ESD仿真分析

　　引言

　　當(dāng)今時(shí)代科技發(fā)展日新月異，汽車周邊的電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜，車載電子設(shè)備也日益增多，相應(yīng)地也就帶來越來越多的電磁干擾問題。這對(duì)汽車電子零部件也提出了越來越高的電磁兼容(EMC)性能要求，同時(shí)它們的設(shè)計(jì)、測(cè)試和整改卻給整車研發(fā)時(shí)間和成本帶來了較大壓力。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段引入EMC 仿真，結(jié)合過往汽車零部件的EMC測(cè)試數(shù)據(jù)和記錄，可以在設(shè)計(jì)早期發(fā)現(xiàn)EMC問題，為企業(yè)減少研發(fā)和測(cè)試成本，并能為整車的開發(fā)節(jié)省寶貴的時(shí)間。

　　汽車電子領(lǐng)域的電磁兼容測(cè)試分為輻射，抗擾，瞬態(tài)以及靜電放電測(cè)試。靜電放電測(cè)試是其中最為基本的一項(xiàng)測(cè)試，它模擬了由于汽車在不同的氣候和環(huán)境條件下人員可能會(huì)帶上非常高的靜電，這就會(huì)對(duì)車載電子設(shè)備造成很大的靜電放電沖擊。為了保證人員在使用車載電子設(shè)備時(shí)的可靠性和安全性，因此非常有必要對(duì)汽車電子零部件進(jìn)行靜電放電測(cè)試。

　　本文主要介紹電磁兼容測(cè)試中的抗靜電能力(ESD)的評(píng)估分析和整改。具體失效問題為在正常上電工作模式下，當(dāng)對(duì)視頻控制器附近的鍍鉻飾條釋放4kV的靜電時(shí)，靜電電壓會(huì)從控制器的螺絲固定點(diǎn)放電進(jìn)入內(nèi)部的PCB板，導(dǎo)致TFT屏幕異常閃爍，這會(huì)對(duì)售后造成用戶抱怨。解決問題的關(guān)鍵就是要知道靜電電流在PCB上是如何流動(dòng)的，然后切斷靜電泄放通路或者減小流動(dòng)的電流。本文后面會(huì)通過多級(jí)仿真軟件聯(lián)合仿真來進(jìn)行ESD失效的仿真和實(shí)測(cè)分析。

　　1 ESD仿真方法

　　實(shí)際的靜電測(cè)試分為三種工況：一種為零件處于上電狀態(tài)，靜電槍直接對(duì)著被測(cè)零件放電;第二種為零件處于上電狀態(tài)，靜電槍對(duì)著與被測(cè)零件相關(guān)的遠(yuǎn)端線束放電;第三種為不上電狀態(tài)，模擬零件在生產(chǎn)過程中的搬運(yùn)狀況。這里我們主要研究最容易出問題的上電狀態(tài)。

　　具體的上電模式的靜電放電測(cè)試方法為，在濕度溫度達(dá)到一定要求(23℃±3℃，濕度20%～40%)的屏蔽室內(nèi)，將被測(cè)零件放置到墊有絕緣層的接地桌上接上電源及輔助設(shè)備保證其能正常工作，然后就可以用配備正確放電網(wǎng)絡(luò)的靜電槍對(duì)準(zhǔn)被測(cè)零件表面或者與被測(cè)零件相關(guān)線束的遠(yuǎn)端進(jìn)行靜電放電測(cè)試。

　　了解清楚了實(shí)際的靜電放電測(cè)試是怎么做的，我們就可以有的放矢的對(duì)照著做仿真測(cè)試，相應(yīng)的也要在仿真環(huán)境中建立靜電產(chǎn)生源—靜電槍模型，被測(cè)零件—提取相關(guān)電路，試驗(yàn)環(huán)境—ESD臺(tái)架模型。

　　本視頻控制器的ESD仿真步驟包括：建立ESD靜電槍的仿真模型，搭建ESD測(cè)試臺(tái)架模型，提取幾何實(shí)物模型(PCB板相關(guān)電路的提取)，然后利用PSpice等工具聯(lián)合仿真等幾個(gè)主要的步驟，下面將結(jié)合視頻控制器ESD問題進(jìn)行具體分析。

　　1.1 靜電槍的仿真模型

　　市面上的靜電放電槍有很多種，但原理大同小異，主要由直流電壓發(fā)生器、充電電容、充電電阻、放電電阻、放電開關(guān)和放電頭組成。

　　那我們進(jìn)行靜電測(cè)試仿真，首先第一步也是最關(guān)鍵的就是要建立ESD靜電槍的模型，并且確保放電網(wǎng)絡(luò)和波形能符合標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的要求。根據(jù)靜電槍的工作原理及電氣構(gòu)造(如圖1)，我們提取出靜電槍的電氣參數(shù)，然后使用仿真軟件建立ESD靜電槍的電路模型。

　　圖2和表1是我們?cè)诜抡孳浖薪⒌撵o電槍的電氣原理圖和其相關(guān)的參數(shù)表。

　　然后通過仿真運(yùn)行，得到靜電槍仿真模型模擬出的高壓靜電波形如圖3與圖4，與ISO 10605標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的波形比較，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。