問題現(xiàn)象描述
某微投產(chǎn)品，在Wi-Fi模式下播放視頻文件時，對其外部金屬端口進行±4KV接觸放電測試時，出現(xiàn)Wi-Fi設(shè)備掉線問題。需要重新連接Wi-Fi設(shè)備，方可恢復(fù)播放視頻，不符合靜電放電測試B等級判定結(jié)果。
圖1：產(chǎn)品形態(tài)圖
問題現(xiàn)象排查過程
靜電放電過程中出現(xiàn)Wi-Fi掉線，系統(tǒng)工作正常，則明問題主要來自Wi-Fi模塊電路。根據(jù)產(chǎn)品電路設(shè)計框圖可知，Wi-Fi模組輸出USB差分信號到USB Hub芯片轉(zhuǎn)換，再輸出給主控芯片處理，其中Wi-Fi模組與主控芯片之間通過多個GPIO信號控制。
圖2：Wi-Fi部分電路原理框圖
根據(jù)原理框圖可知，Wi-Fi模組與USB端口共同經(jīng)過USB Hub,Wi-Fi掉線問題引起主要因素包含兩部分，即Wi-Fi模組與USB Hub。為確定敏感源是USB Hub還是Wi-Fi模組，在端口插入U盤，并播放U盤視頻信號，進行靜電放電測試，發(fā)現(xiàn)U盤也會出現(xiàn)掉盤現(xiàn)象，USB通道與Wi-Fi模組共用USB Hub，初步懷疑是USB Hub收到靜電放電干擾出現(xiàn)異常。
使用打印信息軟件，在靜電放電過程進行軟件信息打印，以協(xié)助判斷問題出現(xiàn)的原因。打印軟件信息發(fā)現(xiàn)靜電放電出現(xiàn)Wi-Fi掉線的過程是先出現(xiàn)USB Hub掉線，再出現(xiàn)Wi-Fi斷線，根據(jù)打印信息判斷是USB Hub受到靜電放電干擾出現(xiàn)異常后掉線，稍后出現(xiàn)Wi-Fi掉線，判斷敏感源是USB Hub。
圖3：USB Hub芯片引腳說明
根據(jù)USB Hub data sheet可知其為4路USB輸入1路USB輸出，采用5V電源供電，內(nèi)部分別集成5V轉(zhuǎn)3.3V LDO與5V轉(zhuǎn)1.8V LDO電源轉(zhuǎn)換，外部控制GPIO信號主要有PIN17引腳復(fù)位信號，LED1、LED2顯示燈控制GPIO，當(dāng)前電路設(shè)計未使用PIN23、PIN24引腳。
圖4：USB Hub芯片復(fù)位信號PCB布線設(shè)計（修改前）
查閱PCB Layout設(shè)計圖，發(fā)現(xiàn)USB Hub芯片距離端子稍近，而其PIN17引腳復(fù)位信號的PCB布線靠近外部金屬端子下方布線，如上圖黃色PCB Layout布線軌跡，當(dāng)對外部金屬端子進行靜電放電時有被干擾的風(fēng)險。
使用鑷子將USB Hub的復(fù)位信號對地短路進行復(fù)位操作，也會出現(xiàn)Wi-Fi掉線的現(xiàn)象，打印信息與靜電放電測試過程中的現(xiàn)象完全相同。使用靜電放電槍對USB Hub的復(fù)位信號直接進行靜電放電2KV，出現(xiàn)的現(xiàn)象與直接復(fù)位的現(xiàn)象相同，初步鎖定是USB Hub復(fù)位信號被干擾所導(dǎo)致。
靠近USB Hub芯片的復(fù)位引腳處增加0.1uF電容，吸收靜電放電耦合的電場干擾后，重新進行靜電放電測試，結(jié)果PASS，確定是USB Hub的復(fù)位信號受到靜電放電噪聲干擾，導(dǎo)致USB Hub芯片被復(fù)位，USB信號斷連，引發(fā)Wi-Fi掉線。
問題解決方案
根據(jù)問題分析驗證過程，確定USB Hub芯片的復(fù)位信號引腳受到靜電放電噪聲干擾，解決方案在USB Hub芯片引腳增加0.1uF電容，濾除靜電放電過程中耦合的靜電干擾。
由于PCBA因其它原因也要修改PCB Layout設(shè)計，同步也修改PCB Layout設(shè)計，調(diào)整USB Hub芯片引腳復(fù)位信號布線設(shè)計，使其遠離外部端子布線，降低靜電放電的噪聲耦合，PCB Layout修改如下圖所示：
圖5：USB Hub芯片復(fù)位信號PCB布線設(shè)計（修改后）
修改USB Hub芯片復(fù)位信號PCB布線后，USB Hub芯片復(fù)位引腳不增加0.1uF濾波電容，靜電放電測試結(jié)果PASS，證明問題產(chǎn)生的原因確實是USB Hub芯片復(fù)位引腳布線靠近端子較近，靜電放電測試耦合噪聲所致。
【案例總結(jié)與思考】:
外部金屬端子為靜電放電測試點，敏感信號布線應(yīng)遠離靜電放電測試點，若PCB Layout設(shè)計無法避免時，應(yīng)考慮靜電放電噪聲耦合的防護，否則可能引發(fā)靜電放電問題。