在ESD案例CST功能介紹：ESD靜電放電測試，以手機產品為例，介绍了基於CST 3D靜電槍模型的ESD模擬方法，该方法利用時域算法，可以對ESD干擾的瞬態影響進行分析。本文將介绍另一種更高效的ESD模擬方法，利用電路靜電槍模型，對手機Type-C連接埠進行ESD模擬。 Type-C連接埠定義及放電位置選擇 根據Type-C連接器的Pin腳定義，我們選擇A6 Pin作為放電點。為了方便與ESD槍尖連接，並畫了一小段延長線把A6 Pin引出。 建構ESD測試場景模型 手機屬於浮地設備（Floating Device），浮地設備的ESD放電路徑和分佈電容有很大關係。因此在建構浮地設備的ESD模擬模型時，必須嚴格參考IEC61000-4-2的佈置要求。在本案例中，水平耦合板長度1.6m，寬度0.8m，絕緣墊厚度2mm，水平耦合板下方0.8m是參考地平面。手機放在絕緣墊上面，如下圖所示。 ESD場路協同模擬設置 在3D模擬時，我們選用的是頻域F-Solver。為了獲得更好的模擬精準度，建議在低頻段多增加一些取樣點數。 接下來切換到PCB Studio，我們使用電路靜電槍來取代3D靜電槍。請參考公眾號文章仿真實例115：電路仿真的「套娃」建模（子電路）功能介紹，在電路中導入模型資料庫中的電路靜電槍模型。為了更好的監控ESD造成的干擾，我們在PCB走線的接收端設定端接電阻及探針（Probe），對訊號線上的ESD波形進行監控。 設定ESD放電等級 手機訊號Pin接觸放電的測試等級是2KV，電路靜電槍模型中已經設定好參數Vgun，設定為2，單位KV，其他參數維持預設值。 呼叫IdEM對S參數進行預處理 在ESD模擬中，呼叫IdEM對S參數進行無源性和因果性偵測是至關重要的，這一步可以幫助我們提升ESD模擬精準度。 Type-C連接埠ESD放電結果分析 首先我們來模擬沒有TVS二極體的情況。透過設定電場監測器，可以清楚看到手機內部及周圍的電場分佈。 透過電路中P2位置的探針（Probe），可以看到晶片端電壓峰值已經超過了90V，這個電壓等級已經可以造成大多數介面晶片硬性故障。 晶片硬性故障的結果就是出現擊穿短路的情況。 ESD擊穿時的瞬態電流波形很難去精確的模擬，但我們可以對ESD擊穿後的電流波形進行模擬。假設晶片擊穿後的電阻是1毫歐，下圖是晶片端擊穿後的電流波形，峰值電流達到了4.5A。 透過表面電流分佈，可以清楚地看到ESD電流完全灌到了晶片內部。 為了保護晶片，常用的做法是增加TVS二極體等防護裝置。為了驗證TVS二極體模型的Spice模型是否準確，先將TVS二極體單獨做電路模擬，下圖是TVS動作前後的殘壓波形對比，藍色波形是動作後的電壓波形，非常符合實際的狀況。 接下來把TVS二極體模型加入電路中。 透過電路中晶片處探針P2的結果可以看出，增加TVS二極體之後，晶片端殘壓降到10V以內，ESD隱患解除。 透過表面電流分佈，可以清楚看到ESD電流主要流過了TVS二極體的位置，對晶片起到很好的保護作用。 再分享一個小提示：如果不用TVS二極體，還有其他方法可以解決手機介面的ESD防護問題嗎？答案是可以用電容來解決。特別是對於一些控制類訊號線，不必擔心電容對高速訊號的影響，可以考慮加電容來進行ESD防護。我們用10n的電容替代TVS二極體，透過對比模擬P2的電壓可以看出，在訊號線上加電容（綠線），對於浮地設備有很好的ESD防護效果。 延伸閱讀： CST功能介紹：ESD靜電放電測試，以手機產品為例 電磁模擬技術助力防護電子產品免受ESD損害 資料來源： 周明 - 仿真實例135：手機Type-C接口ESD仿真 關鍵字：EMC、IdEM、Type-C、ESD、放電、TVS二極體