靜電危機(jī)：極端環(huán)境下的防護(hù)難題

在進(jìn)入醫(yī)療市場后的第一個冬季，西北地區(qū)的一家醫(yī)院向我們反饋了一個問題：“我們買的云桌面，有幾臺USB 接口接連出現(xiàn)問題，沒辦法用了。”

我們即刻趕赴現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，了解到西北冬季的空氣非常干燥，加之醫(yī)院內(nèi)部為抵御寒冷全力供暖，醫(yī)生們進(jìn)入房間時會脫下厚重的外套，緊接著插入認(rèn)證 U 盤，這一連串的動作極易產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電。醫(yī)生們每天多次插拔認(rèn)證 U 盤，歷經(jīng)幾個月的反復(fù)操作后，USB 接口失靈，甚至導(dǎo)致整個芯片損壞，無法開機(jī)。 

通常而言，硬件接口設(shè)計都會配置 ESD 保護(hù)器件，以對接口信號予以保護(hù)（如上圖所示）。ESD保護(hù)器件會吸收靜電的能量，保護(hù)后面的主芯片。然而在如此極端的環(huán)境之下，原本的 ESD 保護(hù)器件難以抵擋高能量靜電的重復(fù)沖擊。相同的場景，我們也對其他 PC 進(jìn)行了對比驗證，依舊存在 USB 接口失效的狀況。面對這一挑戰(zhàn)，我們決定迎難而上，解決這個問題。

解釋：ESD保護(hù)器件是一種對電路信號進(jìn)行起保護(hù)作用的芯片，在靜電灌入的瞬間對高壓進(jìn)行吸收，保護(hù)后面的主芯片不被擊穿。

困難重重：復(fù)現(xiàn)故障難倒眾人

傳統(tǒng)的ESD保護(hù)器件無法滿足需求，尋找更具保護(hù)能力的ESD器件似乎才是解決之道。然而，方向看似明晰，實際操作起來卻絕非易事……

為了找到故障的根源，我們首先需要準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)故障情況。采用標(biāo)準(zhǔn)的ESD靜電測試模型進(jìn)行檢測，銳捷的標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)備需在“接觸放電8kV”和“空氣放電15kV”的條件下保持正常工作，不得失效。然而，盡管反復(fù)嘗試，設(shè)備始終未能達(dá)到預(yù)期的USB端口損壞狀態(tài)。無法模擬出實際故障環(huán)境，如何來驗證對策有效性呢？ 

接觸放電：ESD靜電槍接觸到的外殼情況下，進(jìn)行ESD放電。

空氣放電：ESD靜電槍對ESD放電后靠近外殼，會出現(xiàn)空氣放電的火花。

冷靜思考之后，我們回歸到原理層面進(jìn)行分析：靜電放電，最終是能量作用在USB信號上，然后打壞主芯片；那靜電槍直接對準(zhǔn)USB信號線放電，相對于目前對外殼放電的方式，是不是能量會更強(qiáng)？

基于這樣的構(gòu)想，我們進(jìn)行了實驗，在測試了幾次之后，果然出現(xiàn)了 USB 接口失效的情況。并且，我們發(fā)現(xiàn)靜電電壓等級越高，就越容易損壞。

終于，我們找到了復(fù)現(xiàn)故障的方法！

極限挑戰(zhàn)：破壞性測試+苛刻指標(biāo)

測試復(fù)現(xiàn)方法有了，那么測試到4kV還是8kV才能確保現(xiàn)場設(shè)備不再出現(xiàn)類似故障？沒有歷史經(jīng)驗可借鑒，也查詢不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這屬于高度破壞性的測試，很少有廠商開展，只能靠我們自己摸索。

我們采購了一批設(shè)備，進(jìn)行破壞性測試，嘗試尋找這個指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)有些廠商為節(jié)約成本，連 ESD 保護(hù)器件都未上，1kV 都扛不住，也有的可以打到2kV，4kV，6kV，少部分設(shè)備可以測試到 8kV 。測試中還發(fā)現(xiàn)，被保護(hù)的主芯片抗靜電能力差異也很大，部分能力強(qiáng)，而有些則較弱。在無法替換主芯片的情況下，我們只能尋找更強(qiáng)的ESD保護(hù)器件改善。

綜合以上各種情況，我們設(shè)定了“打信號+8kV”的苛刻指標(biāo)。

面臨放棄：尋找芯片的坎坷之路

接下來，我們聯(lián)系了國內(nèi)外知名的 ESD 保護(hù)器件廠商，收到不少器件，然而實際測試效果卻不盡如人意，大部分結(jié)果都低于4kV，離8kV還有較大的差距。

有廠商向我們推薦了一顆ESD保護(hù)器件，優(yōu)點(diǎn)是觸發(fā)保護(hù)的電壓很低。雖然規(guī)格書沒寫可以保護(hù)USB，但我們測試效果很好，可以達(dá)到 8kV——這似乎讓我們看到了勝利的曙光。但在更多測試時，小概率出現(xiàn) USB 鼠標(biāo)不可用的情況。深入研究后發(fā)現(xiàn)，在USB的信號上使用，由于保護(hù)電壓太低，這顆 ESD 保護(hù)器件會出現(xiàn)閂鎖現(xiàn)象（一直處于保護(hù)狀態(tài)無法恢復(fù)），這個方案最終也只能宣告失敗。

為進(jìn)一步增強(qiáng)抗靜電能力，我們曾考慮在 USB 信號線上串接電阻，大概能提升 0.5kV。但是兼容性變差，為避免犧牲兼容性，只好放棄串接電阻的想法。期間我們還找到了單體能力很強(qiáng)的 ESD 器件，可依然無法達(dá)到“信號測試 8kV”的指標(biāo)。

那段時間，我們天天用靜電槍測試，打壞了無數(shù)的板子！各種方案接連被否定，尋找芯片的道路似乎已走到盡頭，難道我們只能選擇放棄嗎？

靈感閃現(xiàn)：跳出常規(guī)的新路徑

在探索的迷霧中，團(tuán)隊中的一員突發(fā)奇想，提出了一個顛覆常規(guī)的思路：如果單個ESD保護(hù)器件不足以抵擋靜電的沖擊，那么是否雙重保護(hù)——使用兩個ESD器件——能夠提供更強(qiáng)的防護(hù)能力？這個看似簡單的想法，在當(dāng)時卻如同哥倫布的“豎雞蛋”實驗一般，開啟了一條全新的路徑。當(dāng)我們實施了這個創(chuàng)新方案，進(jìn)行了第二輪的打板測試，結(jié)果令人振奮——不僅順利達(dá)到了8kV的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)，甚至在12kV的高壓下也表現(xiàn)出了卓越的穩(wěn)定性。

于是我們采納了雙ESD的USB接口設(shè)計，并且一直沿用下來，近幾年我們再也沒有遇到USB接口損壞的問題！

然而故事到這里還沒結(jié)束——

繼續(xù)卷自己：全口都要高標(biāo)準(zhǔn)，不容妥協(xié)！

在USB接口信號測試取得滿意成果之后，我們的腳步并未停止。我們深知，其他接口在面臨極端情況時，同樣存在著損壞的風(fēng)險。

為了確保每一個接口都能達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)，我們還開發(fā)了“靜電信號接口測試板”，把所有的插接信號引到外部，以方便使用靜電槍進(jìn)行測試。我們將所有測試指標(biāo)統(tǒng)一提升至8kV，并將其納入銳捷云桌面產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)測試流程之中！

這種信號測試在行業(yè)內(nèi)并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，許多廠商甚至未曾進(jìn)行此類測試，在銳捷這已經(jīng)變成我們的基本測試項目——因為銳捷是“以用戶需求為導(dǎo)向”做設(shè)計。即使這意味著增加成本，我們也愿意為了向客戶提供高品質(zhì)的產(chǎn)品而努力。我們堅信：只有不斷挑戰(zhàn)自我，才能鑄就卓越。