电磁干扰抑制技术
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阀门试压设备
2021年第2期 安全与电磁兼容
引言
竹制品加工>自动供水系统
随着科技的进步，集成电路的应用越来越广泛，笔记本电脑内部的器件日趋集成化、小型化，从而产生的电磁兼容问题越发多见。静电放电（ESD）是笔记本电脑发生故障的主要因素，严重时会导致笔记本无法正常工作，笔记本电脑的抗扰性是衡量其稳定性的重要指标之一。ESD 所导致的产品性能降低（误动作、无故重启等）使得用户体验感变差，这对于笔记本电脑品牌终端市场的认可度影响较大。因此ESD 测试结果的优劣，直接影响到笔记本电脑品牌的市场影响力和竞争力。本文通过对ESD 测试出现的问题进行整改，达到通过测试法规并提高产品稳定性的效果。 1 笔记本电脑的ESD 试验方法
ESD 主要通过直接传递的传导干扰和空间耦合的辐射干扰两种方式产生短时的高压、强电流和丰富的谐波电磁场，进而影响笔记本内部的模拟、数字信号处理、逻辑处理芯片的误动作或复位，使产品性能受影响甚至导致产品不可逆的损坏[1]。
本文依据 GB/T 17626.2-2006《电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》[2]中对ESD 的试验规定，
笔记本电脑ESD 测试采用静电模拟器（俗称静电）作为干扰源。通过设置测试空气放电电压±15 kV，接触放电电压±8 kV，详细测试电压和产品状态见表1。客户要求测试点为金属件进行接触和空气放电，测试点为非金属件进行空气放电。
笔记本试验分为电池模式和电源模式，电源模式通过电源适配器给笔记本电脑供电，电池模式则通过笔记本自带的电池进行供电。
试验过程中，被测笔记本电脑运行相应的软件程序，保证笔记本电脑处于全部功能开启并运行状态；通过静电对笔记本进行每个测试点的放电测试，考察笔记本电脑抗干扰能力，连接方式参照法规GB/ T 17626.2-2006中的图5，实际测试布置见图1。
摘要
为了保证产品能够在交付给客户后稳定运行，依据GB/T 17626.2/IEC61000-4-2的规定对笔记本电脑产品进行静电放电测试中，产品出现死机、重启、花屏等现象，导致测试结果不合格。通过分析，确定干扰主要是通过静电场影响到主控芯片、内存条及其附属电路。采取更改铜箔铺设方式使铜箔接地等优化措施后，测试通过。关键词
笔记本电脑；电磁兼容；静电放电；设计整改Abstract
In order to ensure the stable operation of the product after delivery to the customer, according to requirements in GB/T 17626.2/IEC61000-4-2 for laptop ESD testing, The product appears system halted, restart, screen display exception and so on, and leads to the test results failed. By analyzing, the interference is mainly influenced by the electrostatic field to influence the main control chip, the memory and their circuits. The test was passed after the method of changing the method of copper foil was made to make the copper foil grounding and so on.
Keywords
laptop; EMC; ESD; design optimize
笔记本电脑静电放电的整改措施
Rectification Measures of Laptop ESD
1
荣湃半导体（上海）有限公司
2
上海汽车变速器有限公司
李海花1 李靖恺2
表 1
笔记本电脑静电放电测试要求
玻璃丝包线EMI SUPPRESSION TECHNOLOGY
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92SAFETY & EMC No.2 2021
2 ESD 试验情况分析
将笔记本电脑与外设进行连接，包括硬盘、显示器、耳机、鼠标等，通过电源适配器给笔记本电脑供电，笔记本电脑处于全功能运行状态，进行ESD 测试。若测试过程中出现异常，则根据客户定义的样机状态等级，判定产品能否达到设计要求。
在测试到笔记本触摸板位置时，样品出现宕机（花屏、死机、重启等）现象，不符合产品设计与标准的要求，测试失败的点如图2位置，需要进行设计优化。
从测试现象来看，笔记本出现宕机，触摸板下方距离较近的部件包括主芯片、内存条及其走线。可能的原因如下：
（1）从主芯片抗干扰的角度分析
（a）主芯片外部走线易引入静电能量的影响；（b）主芯片本体抗干扰能力不足。（2）从内存条抗干扰的角度分析
（a）内存条外部走线易引入静电能量的影响；（b）内存条本体抗干扰能力不足。（3）从静电传导路径的角度分析（a）此位置预留的爬电距离不足；（b）此位置导电路径能量泄放不畅。
3 整改措施
通常，静电放电整改有几个出发点，一是将静电
能量最快的泄放掉，避免能量累积；二是将静电易受干扰的区域进行绝缘处理，阻止静电施加；三是引导静电的泄放的路径，让静电沿着预设的路径进行泄放。
（1）对主芯片增加屏蔽措施，减少静电场的影响，试验结果仍然失败，说明干扰未直接耦合到主芯片。
（2）对内存条进行处理，一方面更换不同厂商的产品，测试结果没有明显改善；另一方面对内存条进行屏蔽处理，测试电压的有效范围可从±2 kV 提升到±4 kV，
说明静电干扰确实影响到了内存条。
综合上述两个方面，可能内存条本体耦合干扰的同时，通往内存条的走线也引入了干扰。因此对内存条走线的区域进行屏蔽，测试电压的有效范围可提升到±6 kV。
（3）考虑到触摸按键下方有一个按键小板，猜测静电是从按键小板传导耦合到主板上，所以将按键小板去掉，进行测试，同样可以将测试电压的有效范围提升到±6 kV ；
（4）通过引导静电泄放路径的思路进行整改，对触控按键的底部手工清除镀层，保证静电传导的路径是从触控按键直接传导到左右侧的铝箔上，同时对蒸镀工艺进行管控，要求供应商做到触摸板的底部没有溢镀，处理后（见图3），观察静电放电过程，静电确实按照设计的路径进行了放电，但测试电压的有效范围未超过±6 kV ；
（5）结合静电场影响的思路，观察左右侧铝箔铺覆后的接地情况，右侧接地较好，左侧没有良好的接地，通过对左侧中心螺丝柱更改铜箔铺设方式使铜箔接地（见图4），重新进行ESD 测试，测试通过。
图1
静电放电测试实际布置图
图2 ESD
测试失败点位置和按键背面图图3 触控按键ESD
整改图
图4
左侧中心螺丝柱的整改图
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4 结论
从笔记本电脑的ESD 试验过程及最终整改措施来讲，ESD 试验不合格主要是由于结构布局、PCB 布线设计不合理造成的。为了提高ESD 试验的通过率，需在笔记本电脑结构、PCB 布线和器件选型设计等方面进行考虑。
无碳小车（1）在产品设计初期，尽可能早的识别到产品的薄弱点，预留好应对措施。① 预留足够的放电间隙，防止抗静电干扰较弱的器件及其走线布置在靠近缝隙的位置。② 若无法避免器件布置在此位置，则需要在缝隙位置预留接地位置，通过金属（例如支架、铜箔等）提前将静电导走。③ 走线应避免与边缘或金属件平行，减少静电场的耦合。
（2）对于一些容性耦合的产品，应避免排线布置在屏幕边缘。由于在空气放电测试时，排线的根部
存在金属裸露，导致芯片受到静电的干扰，轻则导致光标乱跳，重则导致芯片损坏[3]。因此产品在前期设计中，需要提前预留良好接地的金属件，挡在排线的前面；若是在产品的开发后期，整改主要有2个方向：① 使用绝缘胶作为填缝材料，将静电的放电路径阻断。该措施的难点在于填缝材料需要有足够的厚度，且需要完全密封，不留缝隙；② 使用具有良好导电路径的铜、铝箔将排线保护起来。该措施的难点一方面在于铜箔贴覆工艺的控制，贴歪了就起不到效果；另一方面是接地设计，由于排线是活动的，所以铜、铝箔贴覆后也随着排线活动，如何良好的接地，是EMC 工程师们的一大挑战。
（3）笔记本底壳的导电性是产品结构设计的一大挑战。大部分笔记本产品对于底壳设计，采用真空溅镀的方式。该方式优点是表面镀层厚度均匀，且成本较低；该方式缺点包括：一是对于直角的结构设计，容易出现阻抗不连续；解决办法是尽量减少直角结构，给直角结构增加圆角。二是对于PCB 板的支撑柱、外接接口的支撑面，虽做了圆角可降低阻抗不连续，但由于阴影效应，会导致支撑柱、接口支撑面的根部阻抗偏大，进而导致PCB 板的接地不良，引起一系列（辐射、传导发射、ESD 等）的问题；解决办法是与供应商保持良好的沟通，根据EMC 的设计目标与供应商共同制定溅镀的流程，确保所关注的重点区域有良好的导电性。
（4）从产品的开发进度和成本考虑，前期预留措施是对开发进度和成本最有利的保障。原因在于预留措施不占用硬件、结构成本，只在问题出现时才会启用预留措施；同时与临时措施相比，预留措施节省时间，效果也比临时措施好。但是，前期预留措施对于EMC 工程师的综合能力是一个考验，因为
预留涉及到的知识面比较广，例如结构设计经验、硬件设计（原理图、PCB 布局）经验、相关件的工艺相关经验，并且需要对产品的开发全流程有一个较为细致的了解。
参考文献
[1] 李靖恺，李海花. 新能源汽车电机控制器的大电流注入抗扰对策[J]. 安全与电磁
兼容, 2016(3): 74-76.[2]
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 17626.2-2006/IEC61000-4-2:2001 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试 验[S]. 北京：中国标准出版社, 2006.
[3] 陈宝祥. 医用多普勒血流仪的空气放电机理及防护[J]. 安全与电磁兼容, 2019(6):
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