【摘 要】文章主要介紹某供應(yīng)商的流媒體攝像頭靜電放電異常后對(duì)異常問題的定位與整改，包括零部件級(jí)別的測(cè)試表現(xiàn)與整車級(jí)別測(cè)試表現(xiàn)的對(duì)比分析，深入剖析攝像頭硬件設(shè)計(jì)、外形設(shè)計(jì)，以及攝像頭在整車上安裝的方式和由此產(chǎn)生的不同表現(xiàn)?；诟黝悹顟B(tài)的綜合考量，給出合適的整改方案，并予以實(shí)施，最終成功解決問題。

【關(guān)鍵詞】靜電放電;流媒體攝像頭;放電路徑;靜電場(chǎng)效應(yīng)

中圖分類號(hào)：U463.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）11-0093-04

Verification of Abnormal Electrostatic Discharge of Automotive Streaming Media Cameras

【Abstract】This paper mainly introduces the positioning and rectification of the abnormal problem after the abnormal electrostatic discharge of a supplier's streaming media camera，including the comparative analysis of the test performance at the component level and the test performance at the vehicle level，and in-depth analysis of the camera hardware design，appearance design，as well as the way the camera is installed on the vehicle and the different performance generated therefrom. Based on the comprehensive consideration of various states，the appropriate rectification plan is given and implemented，and the problem is finally solved successfully.

【Key words】electrostatic discharge;streaming camera;discharge path;electrostatic field effect

靜電在日常生活中隨處可見，如冬日脫毛衣時(shí)的劈啪作響，或是走在地毯上開門時(shí)被門把輕微電擊。這種程度的靜電放電對(duì)人體通常并無實(shí)質(zhì)傷害，但對(duì)各類電子設(shè)備卻會(huì)造成極大損害。隨著車輛向舒適化、智能化發(fā)展以及新能源的應(yīng)用，車上的電子電器件數(shù)量不斷增長(zhǎng)，在整個(gè)車輛系統(tǒng)中所占比例越來越高，從早先約30%左右提升至現(xiàn)今普遍70%以上，這意味著靜電放電已成為車輛無法回避的問題。值得注意的是，靜電放電問題不僅集中在高電壓沖擊，許多電子電器件還容易受到低電壓靜電放電的損害。同時(shí)，靜電放電產(chǎn)生的熱量可能極高，釋放到電子電器件上時(shí)，電荷產(chǎn)生的熱量甚至?xí)刍蛘舭l(fā)微小部件。更糟糕的是，靜電放電有時(shí)會(huì)擊傷電子電器件卻使其仍能繼續(xù)工作，形成潛伏缺陷，這種缺陷極難發(fā)現(xiàn)，最終會(huì)縮短電子電器件的使用壽命?；诖?，如何解決車輛上電子電器件的靜電放電問題，愈發(fā)成為主機(jī)廠或產(chǎn)品制造商的難題。供應(yīng)商在制造、運(yùn)輸和處理過程中需采用各種保護(hù)措施防止問題發(fā)生，而主機(jī)廠則需對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行各種測(cè)試確認(rèn)。

1 流媒體攝像頭靜電放電異常問題描述

某供應(yīng)商的流媒體攝像頭在售后市場(chǎng)發(fā)現(xiàn)流媒體顯示屏?xí)及l(fā)性出現(xiàn)明顯白條紋，且該問題北方市場(chǎng)出現(xiàn)率遠(yuǎn)高于南方市場(chǎng)，1～3月間問題出現(xiàn)率遠(yuǎn)高于其它月份。

依據(jù)售后反饋信息匯總，此問題地域性、季節(jié)性特征明顯，符合靜電放電問題的表現(xiàn)狀態(tài)。零部件級(jí)別靜電放電測(cè)試驗(yàn)證時(shí)，發(fā)現(xiàn)在對(duì)該流媒體攝像頭以空氣放電方式直接放電時(shí)復(fù)現(xiàn)問題現(xiàn)象，流媒體顯示屏?xí)霈F(xiàn)明顯白條紋，靜電放電等級(jí)在±6kV時(shí)可較高頻次觀測(cè)該現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)靜電放電等級(jí)在±8kV時(shí)該現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)率接近100%。整車級(jí)別靜電放電測(cè)試時(shí)，所觀測(cè)到的狀態(tài)基本與零部件級(jí)別一致。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，基本可認(rèn)定問題根源為靜電放電。從表象來看，很容易判斷出該流媒體攝像頭的抗靜電能力相對(duì)較弱。產(chǎn)品供應(yīng)商基于測(cè)試結(jié)論進(jìn)行了一系列整改。在后續(xù)的零部件級(jí)別測(cè)試中，靜電放電等級(jí)為±6kV或±8kV時(shí)，該現(xiàn)象不再出現(xiàn)，流媒體攝像頭工作正常;當(dāng)靜電放電等級(jí)為±15kV時(shí)，該現(xiàn)象雖仍可復(fù)現(xiàn)，但概率不高。然而，在進(jìn)行整車級(jí)別測(cè)試時(shí)，情況基本沒有改善。靜電放電等級(jí)為±6kV時(shí)，該現(xiàn)象仍高頻次復(fù)現(xiàn);當(dāng)靜電放電等級(jí)為±8kV時(shí)，該現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)率接近100%。

綜合兩輪測(cè)試的狀態(tài)可知，應(yīng)當(dāng)是相關(guān)靜電放電的一個(gè)綜合性問題。

2 異常問題的測(cè)試與定位

考慮到該流媒體攝像頭靜電放電異常問題能夠在零部件級(jí)別和整車級(jí)別的測(cè)試中得以復(fù)現(xiàn)，后續(xù)的驗(yàn)證工作可先基于零部件級(jí)別測(cè)試來考量流媒體攝像頭作為產(chǎn)品的抗靜電能力，之后再通過整車級(jí)別測(cè)試來考量整個(gè)系統(tǒng)的抗靜電能力。

2.1 零部件級(jí)別靜電放電測(cè)試

針對(duì)零部件級(jí)別靜電放電的測(cè)試，整體思路比較清晰，可直接套用ISO 10605標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行。如圖1所示，普適性的靜電測(cè)試系統(tǒng)能夠模擬該流媒體攝像頭的靜電放電異常問題。在僅知曉問題表現(xiàn)而未知真實(shí)原因時(shí)，測(cè)試應(yīng)分為4部分：①對(duì)流媒體顯示屏進(jìn)行直接放電;②對(duì)流媒體攝像頭進(jìn)行直接放電;③對(duì)流媒體顯示屏進(jìn)行間接放電;④對(duì)流媒體攝像頭進(jìn)行間接放電。這4部分的測(cè)試均存在導(dǎo)致問題發(fā)生的可能性。

流媒體顯示屏及攝像頭如圖2所示。在實(shí)際測(cè)試中，對(duì)流媒體顯示屏及攝像頭的間接放電均未發(fā)現(xiàn)異常，以此結(jié)論推得靜電放電通過耦合方式產(chǎn)生影響的概率很小。對(duì)流媒體顯示屏的直接放電靜電放電等級(jí)在±15kV時(shí)，有較高頻次出現(xiàn)屏幕閃爍的現(xiàn)象;對(duì)流媒體攝像頭的直接放電時(shí)，如前所述，放電等級(jí)在±6kV復(fù)現(xiàn)問題現(xiàn)象。由現(xiàn)象的匹配來初步判定流媒體攝像頭的抗靜電能力不足是造成問題的主因。

流媒體攝像頭本身的尺寸較小，PCBA上優(yōu)化的空間有限，在與市場(chǎng)上某些成熟的攝像頭產(chǎn)品做對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)成熟產(chǎn)品有一些共通性的特點(diǎn)：①PCBA與外殼還預(yù)留了少許的電氣間隙;②PCBA周邊有開窗處理，與外殼接觸處有機(jī)加工處理;③外殼的上下蓋螺絲孔連接處有機(jī)加工處理。這些處理的原因從靜電防護(hù)的角度而言意義很明確，首先PCBA板子與外殼間存在空氣間隙對(duì)靜電的傳導(dǎo)路徑產(chǎn)生有效改變;其次保證了PCBA充分接地，對(duì)靜電可以達(dá)到有效泄放的目的。

某些流媒體攝像頭結(jié)構(gòu)式樣如圖3所示?；谂c成熟產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)對(duì)比，流媒體攝像頭做出了針對(duì)性的整改，增加了接地點(diǎn)且保留了間隙。初次整改過后的攝像頭再次測(cè)試，此時(shí)靜電放電通過耦合方式產(chǎn)生影響的條件沒有改變，流媒體顯示屏未做變化，所以只對(duì)流媒體攝像頭的直接放電進(jìn)行復(fù)測(cè)。如前所述，放電等級(jí)在±6kV和±8kV時(shí)，流媒體攝像頭工作正常，當(dāng)靜電放電等級(jí)提高到±15kV時(shí)原問題現(xiàn)象可復(fù)現(xiàn)，但概率也不高。至此，可以視作零部件級(jí)別的抗靜電能力得到較大提升。

2.2 整車級(jí)別靜電放電測(cè)試

整車級(jí)別的測(cè)試也可直接套用ISO 10605標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，整車級(jí)別的測(cè)試可以視為對(duì)零部件級(jí)別的系統(tǒng)化考量，而靜電放電測(cè)試的整體思路與零部件是一致的。

如圖4所示，整車級(jí)別的測(cè)試比零部件級(jí)別更為直觀，流媒體攝像頭作為產(chǎn)品被消費(fèi)者可使用的狀態(tài)即為測(cè)試狀態(tài)，且如前所述，整車級(jí)別的測(cè)試應(yīng)視為對(duì)零部件級(jí)別的系統(tǒng)化考量，則整車級(jí)別測(cè)試需要的是在零部件級(jí)別測(cè)試結(jié)論的基礎(chǔ)上做系統(tǒng)化的確認(rèn)。實(shí)際測(cè)試進(jìn)行了2輪。第1輪目標(biāo)件為未整改的流媒體攝像頭，空氣放電方式直接放電，靜電放電等級(jí)在±6kV/±8kV時(shí)均復(fù)現(xiàn)異常，復(fù)現(xiàn)概率接近100%;第2輪目標(biāo)件為整改過的流媒體攝像頭，當(dāng)靜電放電等級(jí)在±8kV時(shí)，該現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)率接近100%，即便在靜電等級(jí)±6kV時(shí)仍能高頻次復(fù)現(xiàn)該現(xiàn)象。

2.3 異常問題的分析定位

綜合零部件級(jí)別和整車級(jí)別的測(cè)試結(jié)果來看，如果問題僅僅局限于流媒體攝像頭的防靜電能力弱，那么在零部件級(jí)別整改后靜電放電等級(jí)上升的狀態(tài)理應(yīng)在整車級(jí)別測(cè)試中得到對(duì)應(yīng)的改善。鑒于整車級(jí)別測(cè)試的結(jié)果比零部件級(jí)別測(cè)試結(jié)果要差，所以應(yīng)當(dāng)存在整車級(jí)別的其他問題。對(duì)比零部件級(jí)別測(cè)試與整車級(jí)別測(cè)試，除了整車內(nèi)的其他用電器以及復(fù)雜布線之外，針對(duì)流媒體攝像頭的直接差異在于兩次測(cè)試間的流媒體攝像頭到顯示屏的線束長(zhǎng)度。整車測(cè)試時(shí)，該線束長(zhǎng)度按照真實(shí)需求達(dá)到4000mm，而零部件測(cè)試時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求該線束長(zhǎng)度為1500mm。

假設(shè)線束長(zhǎng)度的不同是零部件級(jí)別測(cè)試與整車級(jí)別測(cè)試結(jié)果不同的根本原因，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)先更改線束長(zhǎng)度進(jìn)行零部件級(jí)別測(cè)試。直接在整改過的流媒體攝像頭上進(jìn)行復(fù)測(cè)，在測(cè)試搭建保持一致的前提下，使用4000mm的整車線束，對(duì)流媒體攝像頭以空氣放電形式直接放電，放電等級(jí)在±6kV時(shí)再次高頻次復(fù)現(xiàn)問題現(xiàn)象。當(dāng)攝像頭換回1500mm線束后，放電等級(jí)在±6kV和±8kV時(shí)攝像頭工作正常。同樣狀態(tài)以整車級(jí)別進(jìn)行復(fù)測(cè)，將整車線束調(diào)整為1500mm，線束保持原先布置不變，將流媒體攝像頭安裝于整車1500mm線束位置處，同樣在整改過的流媒體攝像頭上復(fù)測(cè)，同樣保持空氣放電形式直接放電，放電等級(jí)在±6kV和±8kV時(shí)攝像頭工作正常。

2.4 問題整改

基于幾次復(fù)測(cè)的結(jié)果，流媒體攝像頭的抗靜電能力不足問題可以視為由零部件層面增加結(jié)構(gòu)空隙、加強(qiáng)接地效果等手段改善到可接受程度。整車級(jí)別的測(cè)試問題根因在線長(zhǎng)，而整車的線長(zhǎng)涉及流媒體攝像頭的安裝位置，在安裝位置不能隨意更改的前提下，線長(zhǎng)變更幾乎是不可能的。依據(jù)問題本身的方向猜測(cè)，該流媒體攝像頭的走線簡(jiǎn)單僅包含供電、地、LIN通信、LVDS幾路，不論靜電干擾的傳播路徑是什么，如果可以做到盡快地對(duì)地泄放應(yīng)該能對(duì)問題有明顯改善。

流媒體攝像頭線束調(diào)整如圖5所示。原線束LVDS傳輸采用雙絞屏蔽線束，將其屏蔽層獨(dú)立引出，在整車上挑選離流媒體攝像頭最近的合適位置作為接地點(diǎn)進(jìn)行接地。調(diào)整后，該接地線距離接插件長(zhǎng)度約為1000mm。再次進(jìn)行整車復(fù)測(cè)，當(dāng)放電等級(jí)在±6kV和±8kV時(shí)，流媒體攝像頭正常工作;當(dāng)放電等級(jí)在±15kV時(shí)，問題現(xiàn)象可能會(huì)概率性復(fù)現(xiàn)，此時(shí)整車測(cè)試結(jié)果與零部件測(cè)試結(jié)果保持一致。

3 流媒體攝像頭靜電放電異常問題的思考與驗(yàn)證

進(jìn)一步對(duì)該流媒體攝像頭靜電放電異常問題進(jìn)行思考，該流媒體攝像頭的視頻傳輸為L(zhǎng)VDS信號(hào)，一般LVDS信號(hào)傳輸本身4m左右的距離并不應(yīng)該會(huì)影響信號(hào)的傳輸。依據(jù)此，分別對(duì)1500mm及4000mm的LVDS信號(hào)進(jìn)行采集，信號(hào)確實(shí)并無異常，回歸到實(shí)際表現(xiàn)，4000mm線長(zhǎng)時(shí)流媒體攝像頭可以正常工作。流媒體攝像頭靜電放電狀態(tài)驗(yàn)證如圖6所示，搭建驗(yàn)證測(cè)試，流媒體攝像頭過電流靶，用示波器捕捉每次放電時(shí)各線束（電源、地線、LIN通信線、LVDS線）上干擾波形的狀態(tài)。

在實(shí)際測(cè)試中，先保持線長(zhǎng)1500mm，放電等級(jí)在 ±6kV時(shí)，在各線束均可捕捉相應(yīng)的干擾。考慮異常現(xiàn)象為顯示相關(guān)，主要的關(guān)注點(diǎn)放在LVDS信號(hào)的影響上，采集到的流媒體攝像頭LVDS波形如圖7所示，波形相對(duì)平緩有少許異變，回歸到實(shí)際表現(xiàn)，1500mm線長(zhǎng)時(shí)流媒體攝像頭可以正常工作。同樣的測(cè)試搭建，將線長(zhǎng)延長(zhǎng)至4000mm，放電等級(jí)在±6kV時(shí)，LVDS的信號(hào)異常，明顯區(qū)別于1500mm時(shí)狀態(tài)。

如圖8所示，應(yīng)用慣常參數(shù)，X軸為時(shí)間，Y軸為電流，兩次線長(zhǎng)所捕捉到的靜電波形有較大差異（多次捕捉的偏離值很大）?；诖?，推測(cè)由于線束中存在寄生電容，在流媒體攝像頭到線束對(duì)地的靜電放電泄放路徑中形成串聯(lián)，等效為一個(gè)串聯(lián)電容。同時(shí)，考慮到長(zhǎng)線束中還存在寄生電阻，會(huì)導(dǎo)致阻抗發(fā)生變化。從現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果來看，這樣構(gòu)成的一個(gè)新的RC電路會(huì)對(duì)靜電放電性能產(chǎn)生一定影響。一般而言，在靜電放電路徑中將電容與目標(biāo)器件并聯(lián)時(shí)，目標(biāo)器件容抗增大，從而可以降低靜電放電帶來的脈沖峰值，使耦合進(jìn)來的能量分布分散，讓靜電波形相對(duì)平緩。然而在泄放路徑中的串聯(lián)電容的效果必然與之相反，電容串聯(lián)降低了總的容值，從而使靜電放電波形平緩的作用變?nèi)?。從試?yàn)結(jié)果來看，確實(shí)捕捉到的靜電波形相比之下更為陡峭，瞬態(tài)的能量峰值更高，這也導(dǎo)致了目標(biāo)器件實(shí)際可能更容易發(fā)生失效。

如果線束中寄生電容的存在是合理推測(cè)，那么同理，寄生電感的影響也可視為X因素之一。

考慮寄生電感時(shí)，無論是自感還是互感，均與線長(zhǎng)相關(guān)。但是在整體考量時(shí)，不確定因素太多。對(duì)此，可以建立一個(gè)靜電放電的模型進(jìn)行仿真。在模擬人體放電模型時(shí)，主要思路是基于人體積累電荷通過直接接觸的方式對(duì)目標(biāo)器件放電。其中，放電器端主要包括高壓脈沖發(fā)生器、充電電阻、人體等效電容、人體等效放電電阻等，可視為固定值。設(shè)L為目標(biāo)系統(tǒng)的寄生電容，H為寄生電感。理論分析可知，隨著寄生電感H值不斷增大，人體放電模型的放電峰值電流逐漸減小，達(dá)到放電峰值電流的上升時(shí)間逐漸增加，但衰減時(shí)間幾乎不變。而隨著寄生電容L值不斷增大，人體放電模型放電電流峰值逐漸減小，達(dá)到放電峰值電流的上升時(shí)間略微增加，衰減時(shí)間顯著增加。寄生電感和寄生電容均會(huì)影響靜電放電的峰值電流，寄生電感對(duì)放電峰值電流的上升時(shí)間影響較大，對(duì)衰減時(shí)間影響較小;而寄生電容對(duì)達(dá)到放電峰值電流的上升時(shí)間影響較小，對(duì)衰減時(shí)間影響較大。

有意思的是，當(dāng)實(shí)際進(jìn)行測(cè)試時(shí)，實(shí)際電路中寄生參數(shù)的影響會(huì)導(dǎo)致靜電放電的波形明顯偏離標(biāo)準(zhǔn)的放電電流，甚至與模型仿真所得的寄生參數(shù)下的靜電放電狀態(tài)也存在一定出入?；诖瞬聹y(cè)，實(shí)際遭遇的線束或系統(tǒng)的各寄生參數(shù)的作用處于一個(gè)復(fù)合狀態(tài)，它們之間的相互影響因素未必是一種常態(tài)。例如，線束中的寄生電容可以等效為在泄放路徑上的串聯(lián)電容，它可以視作一個(gè)激勵(lì)電源，對(duì)靜電有一個(gè)充能作用。根據(jù)電荷守恒定理，從源端注入的電荷與最后從系統(tǒng)中流出的電荷總量是守恒的。中間的充能增加了放電峰值電流的上升時(shí)間，其中電容串聯(lián)使整個(gè)系統(tǒng)容值降低，從而電流峰值上升。同時(shí)，寄生電感使得放電電流進(jìn)行振蕩。在這種復(fù)合條件的影響下，使得實(shí)際測(cè)試中可捕捉到的狀態(tài)一致性存在疑問。

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