【技术】分析安防摄像头常见的ESD静电现象和整改措施

时间： 2022-12-03 来源：ASIM官网

安防摄像头（webcam）属相机的一种，一般具有视讯摄影／传播和静态图像捕捉等基本功能，它是借由镜头采集图像后，由摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转换成电脑所能识别的数字信号，然后借由并行端口、通用串行总线连接，输入到电脑后由软件再进行图像还原。有些则支持以太网或WiFi，内置有处理器及网页服务器，接上网络后可连线查看画面。

目前市面上摄像头分为两种，一种为直接连接电脑可用于视讯通话的消费型摄像头（Webcam），另一种为保全监控专用的网络监控摄影机（IP Camera/Network Camera）。

1. 现象描述

在某摄像头产品的静电测试中，接触放电±6kV和空气放电±8Kv失败。实验现象如下：

（1）接触放电测试A点，摄像头会立刻重新启动；

（2）空气放电测试B点，图像会卡死，大约过二十秒会恢复到正常状态。

2. 原因分析

（1）接触放电测试点a，摄像头立即重启

从测试现像来看，摄像头整个系统重新启动，怀疑是底板的DSP被MCU复位，为了验证是否是这个问题，使用近场干扰仪，在MCU-RST信号线上近场干扰，问题复现，和静电枪测试现像一致。而且复位信号本是容易受静电干扰的敏感信号。基本确定敏感信号。

（2）空气放电测试B点，图像会卡死，大约过二十秒会恢复到正常状态

从测试现像及测试位置来看B点更靠近前端sensor板。图像卡死，说明前端sensor板挂死，而后恢复到正常状态，说明sensor重新恢复，二十秒是一种恢复机制设定。摄像头采用分板设计，架构示意如图所示，B点为空气放电，而sensor与结构不搭接，推断为空间干扰，而散热片比较大相当于接受干扰的天线。而且散热片与sensor通过分布电容耦合干扰。去除散热器后，静电枪测试无图像卡死现像。

3. 解决措施

（1）接触放电测试A点，摄像头会立刻重新启动,复位信号受到干扰一般有三种解决方案：

提高复位信号的电平；
增加滤波措施；
软件上设置复位信号检测时间。

此处选择第二种方案，在复位线上靠近DSP管脚串联100欧姆电阻及并联1nF电容,最终测试A点未出现重启现像。

（2）去除散热片，因为散热需要是不能去除的。因此从减少分布电容着手：

增加导热垫厚度，变相的增大散热片与sensor芯片之间的距离，从而减少分布电容；
因为导热垫规格限制，我们同时改变散垫片的形状。此处借助仿真来进行仿真量化。如下图所示，选择sensor芯片与PCB的GND之间两个电压观察点，原始散电场测试后会产生1.6V的压差，通过增加导热垫及散热器形状将电压降至0.6V对芯片影响不大，通过测试。

最终修改方案：

（1）增厚导热垫厚度至3mm；

（2）改变散热器形状，如下图所示，减少对芯片的分布电容。

4. 思考与启示

复位和重启现像是静电测试中最常见的现像，而复位信号属于敏感信号，在设计中一定要注意远离放电点，并预留滤波器件。芯片上加散热器会增加芯片的空间散电场的耦合干扰，可以从散热器与芯片的间距及形状来控制之间，而静电仿真可以量化干扰场的大小及表面电流路径。

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