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

【關鍵詞】靜電放電;流媒體攝像頭;放電路徑;靜電場效應

中圖分類號：U463.67 文獻標識碼：B 文章編號：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，如冬日脫毛衣時的劈啪作響，或是走在地毯上開門時被門把輕微電擊。這種程度的靜電放電對人體通常并無實質傷害，但對各類電子設備卻會造成極大損害。隨著車輛向舒適化、智能化發(fā)展以及新能源的應用，車上的電子電器件數(shù)量不斷增長，在整個車輛系統(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，靜電放電產生的熱量可能極高，釋放到電子電器件上時，電荷產生的熱量甚至會熔化或蒸發(fā)微小部件。更糟糕的是，靜電放電有時會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)，最終會縮短電子電器件的使用壽命?；诖耍绾谓鉀Q車輛上電子電器件的靜電放電問題，愈發(fā)成為主機廠或產品制造商的難題。供應商在制造、運輸和處理過程中需采用各種保護措施防止問題發(fā)生，而主機廠則需對產品進行各種測試確認。

1 流媒體攝像頭靜電放電異常問題描述

某供應商的流媒體攝像頭在售后市場發(fā)現(xiàn)流媒體顯示屏會偶發(fā)性出現(xiàn)明顯白條紋，且該問題北方市場出現(xiàn)率遠高于南方市場，1～3月間問題出現(xiàn)率遠高于其它月份。

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)。零部件級別靜電放電測試驗證時，發(fā)現(xiàn)在對該流媒體攝像頭以空氣放電方式直接放電時復現(xiàn)問題現(xiàn)象，流媒體顯示屏會出現(xiàn)明顯白條紋，靜電放電等級在±6kV時可較高頻次觀測該現(xiàn)象發(fā)生，當靜電放電等級在±8kV時該現(xiàn)象復現(xiàn)率接近100%。整車級別靜電放電測試時，所觀測到的狀態(tài)基本與零部件級別一致。

根據(jù)測試結果，基本可認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較弱。產品供應商基于測試結論進行了一系列整改。在后續(xù)的零部件級別測試中，靜電放電等級為±6kV或±8kV時，該現(xiàn)象不再出現(xiàn)，流媒體攝像頭工作正常;當靜電放電等級為±15kV時，該現(xiàn)象雖仍可復現(xiàn)，但概率不高。然而，在進行整車級別測試時，情況基本沒有改善。靜電放電等級為±6kV時，該現(xiàn)象仍高頻次復現(xiàn);當靜電放電等級為±8kV時，該現(xiàn)象復現(xiàn)率接近100%。

綜合兩輪測試的狀態(tài)可知，應當是相關靜電放電的一個綜合性問題。

2 異常問題的測試與定位

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別和整車級別的測試中得以復現(xiàn)，后續(xù)的驗證工作可先基于零部件級別測試來考量流媒體攝像頭作為產品的抗靜電能力，之后再通過整車級別測試來考量整個系統(tǒng)的抗靜電能力。

2.1 零部件級別靜電放電測試

針對零部件級別靜電放電的測試，整體思路比較清晰，可直接套用ISO 10605標準來進行。如圖1所示，普適性的靜電測試系統(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)而未知真實原因時，測試應分為4部分：①對流媒體顯示屏進行直接放電;②對流媒體攝像頭進行直接放電;③對流媒體顯示屏進行間接放電;④對流媒體攝像頭進行間接放電。這4部分的測試均存在導致問題發(fā)生的可能性。

流媒體顯示屏及攝像頭如圖2所示。在實際測試中，對流媒體顯示屏及攝像頭的間接放電均未發(fā)現(xiàn)異常，以此結論推得靜電放電通過耦合方式產生影響的概率很小。對流媒體顯示屏的直接放電靜電放電等級在±15kV時，有較高頻次出現(xiàn)屏幕閃爍的現(xiàn)象;對流媒體攝像頭的直接放電時，如前所述，放電等級在±6kV復現(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，在與市場上某些成熟的攝像頭產品做對比后，發(fā)現(xiàn)成熟產品有一些共通性的特點：①PCBA與外殼還預留了少許的電氣間隙;②PCBA周邊有開窗處理，與外殼接觸處有機加工處理;③外殼的上下蓋螺絲孔連接處有機加工處理。這些處理的原因從靜電防護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靜電的傳導路徑產生有效改變;其次保證了PCBA充分接地，對靜電可以達到有效泄放的目的。

某些流媒體攝像頭結構式樣如圖3所示?；谂c成熟產品的結構對比，流媒體攝像頭做出了針對性的整改，增加了接地點且保留了間隙。初次整改過后的攝像頭再次測試，此時靜電放電通過耦合方式產生影響的條件沒有改變，流媒體顯示屏未做變化，所以只對流媒體攝像頭的直接放電進行復測。如前所述，放電等級在±6kV和±8kV時，流媒體攝像頭工作正常，當靜電放電等級提高到±15kV時原問題現(xiàn)象可復現(xiàn)，但概率也不高。至此，可以視作零部件級別的抗靜電能力得到較大提升。

2.2 整車級別靜電放電測試

整車級別的測試也可直接套用ISO 10605標準來進行，整車級別的測試可以視為對零部件級別的系統(tǒng)化考量，而靜電放電測試的整體思路與零部件是一致的。

如圖4所示，整車級別的測試比零部件級別更為直觀，流媒體攝像頭作為產品被消費者可使用的狀態(tài)即為測試狀態(tài)，且如前所述，整車級別的測試應視為對零部件級別的系統(tǒng)化考量，則整車級別測試需要的是在零部件級別測試結論的基礎上做系統(tǒng)化的確認。實際測試進行了2輪。第1輪目標件為未整改的流媒體攝像頭，空氣放電方式直接放電，靜電放電等級在±6kV/±8kV時均復現(xiàn)異常，復現(xiàn)概率接近100%;第2輪目標件為整改過的流媒體攝像頭，當靜電放電等級在±8kV時，該現(xiàn)象復現(xiàn)率接近100%，即便在靜電等級±6kV時仍能高頻次復現(xiàn)該現(xiàn)象。

2.3 異常問題的分析定位

綜合零部件級別和整車級別的測試結果來看，如果問題僅僅局限于流媒體攝像頭的防靜電能力弱，那么在零部件級別整改后靜電放電等級上升的狀態(tài)理應在整車級別測試中得到對應的改善。鑒于整車級別測試的結果比零部件級別測試結果要差，所以應當存在整車級別的其他問題。對比零部件級別測試與整車級別測試，除了整車內的其他用電器以及復雜布線之外，針對流媒體攝像頭的直接差異在于兩次測試間的流媒體攝像頭到顯示屏的線束長度。整車測試時，該線束長度按照真實需求達到4000mm，而零部件測試時，按照標準要求該線束長度為1500mm。

假設線束長度的不同是零部件級別測試與整車級別測試結果不同的根本原因，進行驗證試驗時先更改線束長度進行零部件級別測試。直接在整改過的流媒體攝像頭上進行復測，在測試搭建保持一致的前提下，使用4000mm的整車線束，對流媒體攝像頭以空氣放電形式直接放電，放電等級在±6kV時再次高頻次復現(xiàn)問題現(xiàn)象。當攝像頭換回1500mm線束后，放電等級在±6kV和±8kV時攝像頭工作正常。同樣狀態(tài)以整車級別進行復測，將整車線束調整為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測，同樣保持空氣放電形式直接放電，放電等級在±6kV和±8kV時攝像頭工作正常。

2.4 問題整改

基于幾次復測的結果，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構空隙、加強接地效果等手段改善到可接受程度。整車級別的測試問題根因在線長，而整車的線長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，線長變更幾乎是不可能的。依據(jù)問題本身的方向猜測，該流媒體攝像頭的走線簡單僅包含供電、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地泄放應該能對問題有明顯改善。

流媒體攝像頭線束調整如圖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進行接地。調整后，該接地線距離接插件長度約為1000mm。再次進行整車復測，當放電等級在±6kV和±8kV時，流媒體攝像頭正常工作;當放電等級在±15kV時，問題現(xiàn)象可能會概率性復現(xiàn)，此時整車測試結果與零部件測試結果保持一致。

3 流媒體攝像頭靜電放電異常問題的思考與驗證

進一步對該流媒體攝像頭靜電放電異常問題進行思考，該流媒體攝像頭的視頻傳輸為LVDS信號，一般LVDS信號傳輸本身4m左右的距離并不應該會影響信號的傳輸。依據(jù)此，分別對1500mm及4000mm的LVDS信號進行采集，信號確實并無異常，回歸到實際表現(xiàn)，4000mm線長時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)驗證如圖6所示，搭建驗證測試，流媒體攝像頭過電流靶，用示波器捕捉每次放電時各線束（電源、地線、LIN通信線、LVDS線）上干擾波形的狀態(tài)。

在實際測試中，先保持線長1500mm，放電等級在 ±6kV時，在各線束均可捕捉相應的干擾?？紤]異?，F(xiàn)象為顯示相關，主要的關注點放在LVDS信號的影響上，采集到的流媒體攝像頭LVDS波形如圖7所示，波形相對平緩有少許異變，回歸到實際表現(xiàn)，1500mm線長時流媒體攝像頭可以正常工作。同樣的測試搭建，將線長延長至4000mm，放電等級在±6kV時，LVDS的信號異常，明顯區(qū)別于1500mm時狀態(tài)。

如圖8所示，應用慣常參數(shù)，X軸為時間，Y軸為電流，兩次線長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?，推測由于線束中存在寄生電容，在流媒體攝像頭到線束對地的靜電放電泄放路徑中形成串聯(lián)，等效為一個串聯(lián)電容。同時，考慮到長線束中還存在寄生電阻，會導致阻抗發(fā)生變化。從現(xiàn)有試驗結果來看，這樣構成的一個新的RC電路會對靜電放電性能產生一定影響。一般而言，在靜電放電路徑中將電容與目標器件并聯(lián)時，目標器件容抗增大，從而可以降低靜電放電帶來的脈沖峰值，使耦合進來的能量分布分散，讓靜電波形相對平緩。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弱。從試驗結果來看，確實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，這也導致了目標器件實際可能更容易發(fā)生失效。

如果線束中寄生電容的存在是合理推測，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，無論是自感還是互感，均與線長相關。但是在整體考量時，不確定因素太多。對此，可以建立一個靜電放電的模型進行仿真。在模擬人體放電模型時，主要思路是基于人體積累電荷通過直接接觸的方式對目標器件放電。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L為目標系統(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，達到放電峰值電流的上升時間逐漸增加，但衰減時間幾乎不變。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，達到放電峰值電流的上升時間略微增加，衰減時間顯著增加。寄生電感和寄生電容均會影響靜電放電的峰值電流，寄生電感對放電峰值電流的上升時間影響較大，對衰減時間影響較小;而寄生電容對達到放電峰值電流的上升時間影響較小，對衰減時間影響較大。

有意思的是，當實際進行測試時，實際電路中寄生參數(shù)的影響會導致靜電放電的波形明顯偏離標準的放電電流，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，實際遭遇的線束或系統(tǒng)的各寄生參數(shù)的作用處于一個復合狀態(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，它可以視作一個激勵電源，對靜電有一個充能作用。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間，其中電容串聯(lián)使整個系統(tǒng)容值降低，從而電流峰值上升。同時，寄生電感使得放電電流進行振蕩。在這種復合條件的影響下，使得實際測試中可捕捉到的狀態(tài)一致性存在疑問。

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