为了协助客户查找电路损坏原因，英创公司特意进行了一系列破坏性的静电抗扰度与浪涌抗扰度试验，以分析电路损坏情况及相关的因素。下图是基于英创工控主板设计的典型嵌入式工控机应用底板的结构，在破坏性试验中，所表现出来的元器件损坏区域，也有针对性。

典型应用底板结构

　　下面是试验时的几种典型的故障与损坏情况：

　　相关破坏性试验的案例更加详细的说明与分析如下：

静电抗扰度 破坏性试验案例

　　破坏性试验一：端口无保护静电抗扰度试验

图1：端口无保护的模拟信号输入电路

　　该试验电路，是4~20mA 模拟输入采集电路，模拟信号输入端口没有设计保护电路，进行静电抗扰度3级（8kV）空气放电实验时， DC-隔离电源U6存在放电火花现象，隔离器件U2、U4、U5件发烫，系统死机。后经检查，电路中并没有元器件损坏，功能正常。试验结果信息如下表所示：

　　分析：在试验中，发现系统死机后，并没有继续进行静电放电试验，导致模拟端集累了但又不能击穿隔离器件的电势，因此使信号隔离器件U2、U4、U5发烫，DC-DC隔离电源U6自激，使1、2脚出现短路的现象，最终系统断电，出现系统死机的现象。所以，在后续的检查中，再重新上电，系统又恢复为正常工作状态。但可以肯定，没有元器件损坏，只能算是“幸运”，在这个电路环境下，再进行放电动作，系统中将会有元器件物理损坏。对于这类电路的改进，需要在4~20mA输入端口增加抗浪涌保护器件与抗静电保护器件。

　　破坏性试验二：RS485端口保护不合理 静电抗扰度试验

图2：保护电路不合理的RS485端口

　　上图是RS485端口，它的TVS器件D1、D2下端连接了电容后再到地平面，但没有更有效快速吸收静电的放电回路，因此保护电路设计不合理。静电抗扰度3级（8kV）空气放电试验时，导致RS485通讯相关的数字隔离器件损坏：DC-DC电源U3损坏，数字信号隔离器件U1损坏，同时主板也损坏，CPU发烫，系统无法启动。检查发现，主板3.3V对地短路，最终确认是CPU损坏。试验结果信息如下表所示：

　　分析：该电路中，由于D1、D2构成的放电回路经高压电容C1到地平面，会导致静电放电时，电势都积累在电路地平面，最后击穿数字隔离器件U1与DC-DC隔离电源U3，再进一步侵入主板，烧坏CPU的串口资源引脚，使CPU的 3.3V电源脚出现短路的现象。

　　类似这种情况，英创公司在对客户返回维护的主板中，发现有相当多的现象：IO功能异常，IO损坏，IO对地短路（CPU发烫，电源对地短路），但从外观上又没有明显的物理损坏，那么可以确认，是应用底板的部份端口静电抗扰度特性很差导致。对于这类电路的改进，可参考文档《提高嵌入式设备电磁兼容性的设计参考》中图9进行电路的完善。

浪涌抗扰度 破坏性试验案例

　　破坏性试验三：电源端口保护不完善 浪涌抗扰度试验

图3：保护电路不合理的DC电源输入端

　　该电路是直流电源输入端口，在进行浪涌抗扰度 线-线 4级（+/-2kV）试验时，致电源输入端TVS器件D34烧毁短路，系统不启动。试验结果信息如下表所示：

　　分析：在该电路中，由于电源输入端口抗浪涌保护电路中，差模浪涌脉冲只能利用压敏电阻MOV1和TVS器件D34释放能量，但压敏电阻MOV1反应比TVS器件慢很多，所以D34提前起保护作用。又由于D34能承受的功率有限，因此D34烧坏短路，以致于后面的器件没有再被损坏。在这里，要改善电源输入端的抗浪涌保护特性，需要让功率较大的压敏电阻MOV1启动保护作用，才能释放更大的能量，所以在电源输入线路中，串入了共模线圈，利用电感两端的相位差，使压敏电阻MOV1能比TVS器件D34提前起保护作用，最终达到保护目的。相关的电路，可参考文档《提高嵌入式设备电磁兼容性的设计参考》中图1。

　　破坏性试验四：网络插座接地不合理 浪涌抗扰度试验

     图4：接地错误的RJ45座子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5：HR871181A内部电路图

　　在该网络接口电路图中，根据HR871181数据手册，CN10第8脚应该连接到RJ45的金属外壳，并连接到安全接地点，因此这里是不正确的。在进行浪涌抗扰度 线-地 4级（+/-4kV）试验时，能发现CN10金属外壳与系统地平面之间有明显的放电火花现象。在多次放电冲击后，系统死机。后经检查，主板电源芯片，PHY芯片、CPU均损坏。试验结果信息如下表所示：

　　分析：由于PE端连接错误，即该一体化RJ45座内部电路的第8脚，在浪涌模拟实验时，所有电势能量均进入系统地平面，且没有及时对PE接地点进行放电，使系统地平面电势升高，直接导致系统电源环境错乱，最终损坏大量的低耐压元器件。在英创公司对客户返回维护的板卡中，经常发现主板上存在器件烧裂，或电源烧坏等严重的现象，根据该试验例子分析，可能与设备的PE接地有关：PE接地点错误连接、PE接地不良等。

　　在对网络端口的进行浪涌抗扰度共模实验过程中总结到一点：由于一体化RJ45连接座的浪涌抗扰度特性有差异，也会对网络端口浪涌抗扰度试验结果产生一定影响。

　　破坏性试验五：网络端口差模 浪涌抗扰度试验

图6：网络端口浪涌抗扰度试验 线-线 耦合示意图

　　在正常使用环境中，网络通讯线均是双绞通讯线，其特点就是线缆自身就能对降低差模信号的影响。为了验证网络接口在接入浪涌抗扰度 线-线（差模）影响下的情况，特意对网络端口进行浪流抗扰度 线-线 3级（+/-1kV）实验，在SBC880工空机上，采用一体化RJ45连接座HR871181A，会体现出100%导致PHY损坏的情况。试验结果信息如下表所示：

　　分析：由于一体化的RJ45座子内部无差模保护相关措施，导致差模信号通过变压器，直接耦合到MDI信号线，同时表现出MDI线上的ESD器件保护无效，最终导致PHY芯片损坏，更换后，功能正常。英创公司的部份客户所返修的主板，就存在PHY芯片损坏比例较大的情况。因此，根据该试验，建议对网线布线环境进行检查，特别是使用了POE的情况。

　　根据以上对网络接口的浪涌抗扰度试验，需要更进一步提高网络接口的可靠性，可采用分体RJ45连接座（即RJ45插座与网络变压器独立），参考如下电路进行设计，浪涌抗扰度的保护效果会提高：

图7：更完善的分体式网口保护电路

　　关于更多提高电路静电抗扰度与浪涌抗扰度特性的参考电路，请参考：《提高嵌入式设备电磁兼容性的设计参考》。