USB端子±4KV接觸放電測試芯片損壞問題分析

問題現象描述：

EMC測試人員反饋對USB端子的金屬外殼進行±4KV接觸放電后系統無法開機，分析確認芯片已經損壞，造成系統無法正常開機。實驗室模擬對雙層USB端子進行±4KV接觸放電則不會出現系統無法開機的現象。與測試工程師進行深入溝通確認，客戶對雙層USB端子的中間金屬橫條進行接觸放電±4KV，才會出現系統無法開機的問題，而對USB外殼部分金屬進行接觸±4KV放電則不會出現系統無法開機的問題，在實驗室按照客戶現場的操作方法模擬，出現系統無法開機現象，確認也是芯片損壞。

雙層USB端子的中間金屬橫條

問題原因分析：

對金屬橫條進行靜電放電測試過程中，仔細觀察發現金屬橫條與金屬外殼結合處存在拉弧放電放電的現象。根據現象判斷金屬橫條與金屬外殼之間存在接觸不良或存在開路現象，否則對金屬橫條進行靜電放電不會出現拉弧現象。  

雙層USB端子的中間金屬橫條結構設計

使用萬用表量測金屬橫條與金屬外殼之間連接導電性，發現兩者之間是完全開路狀態，使用導電膠布將金屬橫條與金屬外殼連接起來，對金屬橫條進行接觸放電±4KV未出現系統無法開機的問題，直至進行接觸±6KV靜電放電也未出現系統無法開機問題。

問題根因分析：

對金屬橫條進行靜電放電測試時，由于金屬橫條與金屬外殼之間處于開路狀態，金屬橫條對金屬外殼拉弧放電的同時金屬橫條對USB差分信號放電，靜電干擾則通過USB差分耦合到芯片，造成芯片損壞。    

雙層USB端子結構設計優化

問題解決方案（一）

優化雙層USB端子的結構設計，將金屬橫條與金屬外殼之間進行充分的連接，使兩者之間完全等電位，避免對金屬橫條放電拉弧的問題，靜電放電測試結果PASS。

USB差分信號增加TVS管防護

問題解決方案（二）

在供應商端子優化完成之前，采用在USB差分信號增加TVS管，對靜電放電時耦合到的靜電干擾進行旁路，以保護芯片免受靜電放電噪聲的危害，導入改善對策后靜電放電測試PASS。