EMC篇6_热插拔现象问题分析

只看该作者 · 2025-1-24 20:52

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更新时间：2025.01.24
0、前言
秋冬季节，是消费类芯片硬失效的高发期，表现为芯片发烫、无法烧录。一测试，发现芯片的烧录引脚对VSS/VDD短路，或者轻微的也是IO存在漏电。有经验的，大概就看出这是类似热插拔的问题。本文对下面3个问题做探讨：
1）热插拔带来的损坏表现是怎样的？
2）热插拔失效现象是如何产生的？
3）如何规避热拔插带来的问题？

1、损坏表现
1）IV测试
IO对VDD/GND存在短路或者漏电问题。

2）热点分析
对PA14做热点分析，可以看到异常热点。

3）烧毁痕迹
放大100倍情况下芯片背景图可见烧毁。

2、问题分析
大家知道，秋冬季节空气干燥，身上穿的衣服多，更容易携带大量电荷。夸张的说，人体不亚于一台移动的静电枪，在接触金属时啪啪啪指哪打哪，因此在流水线操作时更应注意静电防护。然而我见过几家工厂的流水线车间，环境远不如我们工程师的实验室。工人操作不规范，防护不到位，出问题只是时间问题。下面我举例一些看到的现象：
1）静电手环没有接地处理
2）静电手环套在衣服外面，不与皮肤接触
3）防静电垫破损后不及时更换
4）防静电镊子表皮破损没有及时更换

工人烧录芯片操作时，应注意2点。
1）烧录顶针的选择
建议将烧录顶针的GND针延长，每次烧录时先将GND与GND连接，避免出现浮地情况。如果烧录设备与待烧录芯片之间的地线没有首先建立连接，那么在其他信号线接触时，可能会发生静电放电（ESD）。这种突然的电压峰值可以损坏芯片内部的敏感电路。在任何信号线或电源线连接之前，应首先确保地线已经牢固连接。这为所有后续电气连接提供了一个稳定的参考点。

大家想必都有见过公路上的油罐车总是拖着铁链，就是为了将电荷导到地上。

2）不要出现斜插，可能出现下面两种情况
a.GND没有有效接入，导致系统浮地。MCU IO变0V，GND被抬高。
b.将高压加到MCU IO上
如果GND被抬高是怎样的情况？负压将会导致GND到IO之间二极管导通产生负电流。
如果高压涌入IO是怎样的情况？正压过压导致IO与VDD之间二极管导通产生正电流。

3、防护电路
除了上述提到的操作点和环境因素，PCB设计时也可以对IO进行器件防护。
1）添加限流电阻
对于热插拔的防护，最简单低成本的设计方式就是在接口信号上串联电阻。电阻大小可根据信号类型和速率决定。

2）添加TVS管
瞬态电压抑制器（TVS, Transient Voltage Suppressor）管可以在一定程度上防护热插拔操作带来的电气风险。热插拔过程中可能会产生瞬态电压或电流尖峰，这些瞬变可能对电路中的敏感元件造成损害。TVS管作为一种专门设计用于保护电子设备免受过电压和瞬态干扰的元件，在这种情况下可以发挥重要作用。应根据具体的应用需求选择合适击穿电压、功率耗散能力和封装形式的TVS管。例如，击穿电压应该略高于正常工作电压但低于最大承受电压。
通过正确地选用并部署TVS管，可以显著增强系统的抗干扰能力，从而更好地应对热插拔过程中可能出现的各种电气挑战。
重要的是要认识到，任何单一的防护措施都有其局限性，最有效的做法是采用多层次、综合性的保护策略。

只看该作者 · 2025-2-6 09:34

EMC是我比较感兴趣的方向，并且预感将来会越来越重要。后续更新会将目录补充在评论区，欢迎加入讨论

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1万 · 2025-2-6 19:51

热插拔主要是对过压过流等问题进行保护

只看该作者 · 2025-2-14 10:28

这么脆弱吗、不应该啊

只看该作者 · 2025-2-20 09:47

可怜的小弗朗士发表于 2025-2-14 10:28
这么脆弱吗、不应该啊

秋冬季，车间人工流水线容易出现一些这类问题

EMC篇6_热插拔现象问题分析

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