某智能手表在USB接口外壳打ESD造成黑屏死机问题

某智能手表在侧键附近打esd后出现反复开关机现象
根据反复重启的时间判断,类似于长按power键。检查power_on信号,发现已经被持续拉低,power_on信号的原理图如下:
为了降成本,位置1并没有贴tvs管,而是用一个电容代替,电容的耐压值是25v。失效的机器,这个电容已经短路,可以判断esd进入壳体,直接打坏了位置1的电容。
如果把位置1的电容耐压提高到50v,能抗的esd测试次数会增多,但最终还是会坏。这个项目不是防水的,缝隙较大,密封性不是特别好,所以才有问题。
【解决方法】
把位置1的电容换成tvs管,或者位置1不要贴任何东西,在位置2放一个1nf的电容。靠1k电阻+1nf电容来吸收esd能量。
另外,在侧键的fpc附近,增加了gnd露铜区域,引导esd先进入gnd。这也是一种低成本的解决方法,如果esd能量足够大,实测几乎可以把1k电阻打坏。
某智能手表在usb接口外壳打esd造成黑屏死机问题
充电口是micro-b型usb接口,接触放电±10kv,会出现黑屏,死机,闪屏等现象。
抓死机log,没有发现什么端倪。
将usb信号逐个引出,vbus,d+,d-都没有出现问题,打id管脚,会出现类似现象。打gnd,会很低概率出现类似现象。遂将问题定位到id管脚,和gnd上。
仔细检查usb接口附件的layout,问题如下:
1、usb_id管脚是悬空的。
2、在l3和l6层,靠近usb接口,有与屏相关的敏感信号。
悬空的id管脚是知名威胁,静电积累到一定程度,肯定会对周围放电,二次放电的威力更大。
usb周围的有敏感信号,在打esd时,附近的gnd电平瞬间局部抬高,尤其是看到usb接口的屏蔽壳跟表层相连,周围没有非常多的过孔打到内层gnd,这更加重了gnd局部电平的提高,这会干扰到这些敏感信号,导致死机,黑屏,闪屏问题。
【解决方法】
usb的固定pin以及gnd pin,只接主gnd,不要每一层都接gnd。mipi,lcd_te,lcd_rst远离usb接口。
某智能手表屏幕朝下,打后壳会黑屏
这是一个spi接口的显示屏,问题比较简单,一个偶然的机会发现是spi信号中,cs线被软件强制拉低,且一直处于低的状态,这样是不行的。
实测将cs线的行为改成符合spi协议,只在传输数据时拉低,这个黑屏的问题解决了。
某智能手表在usb的gnd pin上注入接触-8kv静电,会概率关机
首先抓取了log分析,没有发现什么线索。
直接拆开整机,在主板的不同地方的gnd,注入esd,统计关机的次数,得出一个简单的规律,只有在靠近电池btb的地方,才会大概率出现,初步判断是esd干扰了电池周围的信号。
电池btb周围的信号有d+,d-,vbus,mipi,bat_id,bat_therm等,逐个在这些信号上,注入小两级的esd,比如±2kv,有些信号会导致pmu损坏,有些会导致死机。只有bat_id信号会出现关机的现象。
关机有两种可能,一是内部软件主动关机,二是电池突然掉电。尤其是第二种,往往很容易忽略。因为某些情况下,esd注入两枪,立即就出现了关机现象,这很像是电池掉电了。
电池掉电有两种可能,一是电池保护板保护机制生效,切断了供电。二是vbat到pmu的通路被打断。
排查了主板上的器件,vbat的通路经过的都是一些模拟器件,可能性比较小。
我们直接从主板vbat飞线,连接到程控电源上,再进行esd测试,发现就不会关机了。这进一步说明,在注入esd时,是电池本身没有输出了。
电池保护板的原理图如下:
在图中gnd上注入+8kv,没有问题,因为右边的tvs吸收了大部分能量,由于正向导通,钳位电压较低(小于4.4v),电池保护板没有触发保护机制。但是如果注入-8kv,tvs管开始反向钳位,瞬间的钳位电压较高(大于4.4v),超过电池起保护电压,电池触发保护机制,mos管u2断开,导致关机。下图是tvs管的钳位特性,也能佐证这个结论。
注意电池保护板的保护ic,是判断c1两端的电压,来决定是否起保护的。所以要解决这个问题,需要增大c1的电容值。实测将c1增大到1uf,关机的概率明显降低了。
降低了,但没有彻底解决问题,肯定还有其他原因。这个原因是先猜出来,然后试验验证的。
上文提到只有bat_id信号会出现关机的现象。所以猜测静电耦合到了id管脚,进入pmu导致关机。
下面是这次电池保护板的走线,id的走线与gnd有较长的耦合长度,gnd上的瞬间能量能很快耦合到这根线上,最终直接进入到pmu。
虽然主板上id走线也跟gnd有很长的耦合距离,但是主板上的gnd与vbat之间有tvs钳位,gnd的电压不至于跳变太厉害,也不会耦合很多能量到id线上。反而是电池fpc上的gnd电平跳动最大,id线在fpc上耦合的能量更多。
fpc改版成如下样式,id和gnd基本没有重叠区域,能量也不会耦合到id管脚上,再也没有出现过关机问题。
屏幕朝下,esd接触放电后壳,tp失效
经检查,确定是tp ic被打坏。没有仔细分析ic损坏的原因,因为发现tp fpc背后的导电双面胶太弱,根本没有粘到gnd上。tp没有很好接地,导致了这个问题。
只要tp接地良好,应该不会出现tp ic失效问题。


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