問題現(xiàn)象描述

某視頻播放顯示設(shè)備，在USB模式下播放視頻文件時，在對其USB端子進行±4KV接觸放電時，出現(xiàn)USB設(shè)備掉線問題。需要拔插USB設(shè)備，操作進入USB模式重新播放視頻，不符合靜電放電測試B等級判定結(jié)果。

對設(shè)備的其它端口進行±4KV接觸放電時，USB設(shè)備掉線概率較低，靠近USB端子越近的位置進行接觸放電出現(xiàn)USB設(shè)備掉線的概率越高。

問題現(xiàn)象排查過程

設(shè)計工程師嘗試在USB差分信號線上增加不同規(guī)格的TVS管器件，在USB差分信號線上串聯(lián)電阻，靜電放電USB設(shè)備掉線問題依然存在。更換不同的USB設(shè)備測試，問題現(xiàn)象依然存在，排除USB設(shè)備抗靜電能力弱的可能性。

更換不同的測試場地、更換不同的靜電放電槍，問題現(xiàn)象依然存在，排除測試場地、測試環(huán)境、測試設(shè)備的影響，確認(rèn)是視頻播放設(shè)備本身抗靜電能力較弱。

設(shè)備連接有線網(wǎng)絡(luò)，播放視頻進行靜電放電測試，測試結(jié)果是通過，設(shè)備視頻來使用HDMI設(shè)備播放視頻進行靜電放電測試，結(jié)果也是通過，確認(rèn)USB設(shè)備播放視頻靜電放電才會出現(xiàn)掉線問題。   

USB設(shè)備的差分信號采用直連設(shè)計，中間無USB Hub、USB開關(guān)、USB Redriver等電路，而USB設(shè)備電路設(shè)計經(jīng)過多次級聯(lián)，如果在靜電放電測試過程中USB設(shè)備的供電電源設(shè)備出現(xiàn)電壓跌落，當(dāng)電壓跌落到USB設(shè)備供電電壓的下限，則會導(dǎo)致USB設(shè)備因供電電壓不符合規(guī)格要求，出現(xiàn)USB設(shè)備掉線。

問題分析驗證過程

根據(jù)USB設(shè)備供電電源電路結(jié)構(gòu)設(shè)計，可知USB設(shè)備的供電電源分別經(jīng)過DC-DC轉(zhuǎn)換電路、時序切換電路、USB電源限流開關(guān)。為驗證問題產(chǎn)生的原因可能與USB供電電源穩(wěn)定性相關(guān)，在靠近USB端子處供電電源增加100uF電解電容，在前級電路出現(xiàn)電壓跌落瞬間進行補償，防止USB設(shè)備供電出現(xiàn)因供電電壓跌落出現(xiàn)設(shè)備掉線。

靠近USB設(shè)備供電電源引腳增加100uF電容，對USB端子進行靜電放電測試過程中未出現(xiàn)USB設(shè)備掉線的問題，反復(fù)驗證多次，測試結(jié)果均是滿足靜電放電測試判定結(jié)果的。

為驗證USB設(shè)備電源出現(xiàn)跌落的具體原因，嘗試將USB限流開關(guān)進行短路后，對USB端子進行靜電放電測試，USB設(shè)備掉線的問題消失，反復(fù)驗證確認(rèn)與USB限流開關(guān)相關(guān)。   

問題根因分析

通過分析排查試驗驗證，確認(rèn)是USB限流開關(guān)本身受到干擾，導(dǎo)致內(nèi)部判斷出現(xiàn)過流，自動關(guān)閉輸出，靜電放電干擾消除后，限流開關(guān)恢復(fù)正常，在此過程中USB供電電源出現(xiàn)跌落，后端又沒有電解電容進行補償。

問題產(chǎn)生的根因是USB限流開關(guān)靠近外部端子較近，外部端子附近的參考地平面破壞嚴(yán)重，靜電電流流過時地平面騷動大，USB限流開關(guān)因參考地騷擾出現(xiàn)過流保護。驗證過程中發(fā)現(xiàn)在限流開關(guān)的輸出引腳，增加電解電容緩解電壓跌落可以解決USB設(shè)備掉線的問題，在輸出端增加1000pF的高頻電容，吸收靜電放電過程中通過輸出引腳耦合的高頻噪聲也可以解決USB設(shè)備掉線的問題。

問題解決方案

根據(jù)問題原因分析，使用Pin to Pin 抗靜電能力較好的SY6280型號USB限流開關(guān)，替代原始設(shè)計使用的抗靜電能力較弱的TMI6263BH信號的限流開關(guān)，進行靜電放電測試，USB設(shè)備掉線問題消失，靜電放電測試結(jié)果PASS。

問題解決方案（二）：使用原始設(shè)計的TMI6263BH型號的USB限流開關(guān)芯片，在輸出引腳增加濾波電解電容來補償其電壓跌落，或者增加1000pF電容來吸收靜電放電過程高頻噪聲通過輸出引腳耦合進入USB限流開關(guān)，誤觸發(fā)其過流保護機制。對策后進行靜電放電測試，USB設(shè)備掉線問題消失，靜電放電測試結(jié)果PASS。