電子設備ESD作為電磁兼容性測試的重要內容

ESD靜電是一種非常熟悉的自然現象。靜電的許多功能已應用于軍事或民用產品，如靜電除塵.靜電噴涂.靜電分離.靜電復印等。然而，靜電放電ESD（Electro-StaTIcDischarge）然而，它已成為電子產品和設備的危險，導致電子產品和設備的功能紊亂，甚至部件損壞?，F代半導體器件的規模越來越大，工作電壓越來越低，導致半導體器件對外部電磁干擾的敏感性大大提高。ESD干擾電路.對元器件.CMOS越來越多的人關注電路和接口電路造成的損壞。電子設備ESD作為電磁兼容性測試的重要內容，也開始寫入國家標準和國際標準。

1.靜電成因及其危害

靜電是當兩種不同介電系數的物質摩擦時，在兩個特殊物體上積累正極和負極電荷。當兩個物體接觸時，其中一個傾向于吸引另一個電子，因此它們會形成不同的充電電位。就人體而言，衣服和皮膚之間摩擦的靜電是人體充電的主要原因之一。

當靜電源與其他物體接觸時，根據電荷中和的機制存在電荷流，并傳輸足夠的電源以抵消電壓。在高速功率傳輸過程中，會產生潛在的損壞電壓.當電流和電磁場嚴重時，會破壞物體，即靜電放電。根據國家標準，靜電放電是由于不同靜電電位的特征相互接近或直接接觸而引起的電荷轉移（GB/T465-1995)ESD表示。ESD會造成嚴重的電子設備損壞或操作異常。

靜電對設備造成的損壞有兩種：顯性損傷和隱性損傷。當時看不到隱性損壞，但設備變得更加脆弱，壓力過大.在高溫等條件下容易損壞。ESD有兩種主要的破壞機制：ESD設備的熱失效是由電流產生的熱引起的；ESD感應過高的電壓導致絕緣擊穿。一臺設備可能同時發生兩種損例如，絕緣擊穿可能會刺激大電流，進而導致熱失效。

除了容易造成電路損壞外，靜電放電也很容易干擾電子電路。有兩種方法可以干擾電子電路。一種是傳導干擾，另一種是輻射干擾。

2.數字產品的結構及其ESD問題

現在各種數字產品的功能越來越強大，但是電路板越來越小，集成度越來越高。并且在人機交互中或多或少都裝了一些接口，因此存在靜電放電ESD問題。一般數字產品需要進行ESD保護部位有：USB接口.HDMI口.IEEE1394接口.天線接口.VGA接口.DVI接口.按鍵電路.SIM卡.耳機和其他類型的數據傳輸接口。

ESD可能導致產品工作異常.崩潰，甚至損壞，導致其他安全問題。因此，在產品上市之前，國內或國外檢測部門都要求進行檢測ESD測試其他浪涌沖擊。接觸放電需要實現±8kV，需要實現空氣放電±15kV，這就對ESD對設計提出了更高的要求。

3.數碼產品ESD解決問題和保護

3.產品結構設計

如果將釋放的靜電視為洪水，主要的解決方案類似于治水，即“堵”和“疏”。如果我們設計的產品有一個理想的外殼是密閉的，靜電就不會進入，當然也不會有靜電問題。但是實際的外殼在封面上經常有縫隙，而且很多都有金屬裝飾件，所以一定要注意。

其一，用“疏”可以使用的方法EMI外殼內部噴漆。EMI油漆是導電的，可以看作是金屬屏蔽層，可以在外殼上引導靜電；然后把外殼和PCB（PrintedCircuitBoard）地面連接，從地面引導靜電。這種處理方法不僅可以防止靜電，還能有效抑制靜電EMI干擾。如果有足夠的空間，也可以使用金屬屏蔽來保護電路，然后連接金屬屏蔽PCB的GND。

其二，用“堵”方法。盡量增加外殼的厚度，即增加外殼與電路板之間的距離，或通過一些等效的方法增加外殼的氣隙距離，從而避免或大大降低ESD能量強度。

通過改進結構，可以增加外殼與內部電路之間的氣隙距離ESD能量大大削弱。根據經驗，8kV的ESD在經過4mm能量衰減一般為零。

總之，ESD在設計外殼時，需要注意很多地方。首先，盡量不要讓ESD進入外殼內部，以盡量減少進入外殼的能量。對于進入外殼內部的人ESD盡量將其從GND引導，不要讓它傷害電路的其他部分。使用外殼上的金屬裝飾時要小心，因為它可能會帶來意想不到的結果，需要特別注意。

3.2產品的PCB設計

現在產品的PCB（PrintedCircuitBoard）它們都是高密度板，通常是四層板。隨著密度的增加，趨勢是使用六層板，其設計始終需要考慮性能和面積之間的平衡。一方面，空間越大，放置組件的空間就越大。同時，線路寬度和線路距離越寬EMI.音頻.ESD性能等各方面都有好的。另一方面，數字產品設計的緊湊性是趨勢和需求。因此，在設計中需要找到一個平衡點。ESD就問題而言，設計中有很多地方需要注意，尤其是GND布線和線距的設計非常講究。在一些產品中，ESD有很大的問題，我們一直找不到原因。通過反復的研究和實驗，我們發現這是真的PCB設計中出現的問題。為此，這里總結PCB設計中應注意的要點：

(1)大功率線與其他布線之間的距離保持在0.2mm～0.3mm；

(2)PCB板邊(包括通孔Via與其他布線的距離應大于0.3mm；

(3)GND與其他布線的距離保持在0.2mm～0.3mm；

(4)PCB最好全部使用板邊GND走線包圍；

(5)最后鋪地時盡量避免尖角，有尖角時盡量使其光滑；

(6)Vbat與其他布線的距離保持在0.2mm～0.3mm;

(7)重要線Reset.Clock與其他布線的距離應大于0.3mm;

(8)不同層GND應該有盡可能多的通孔（VIa）相連；

3.3產品的電路設計

在殼體和PCB在設計上，是的ESD注意到問題后，ESD不可避免地會進入產品的內部電路，特別是以下端口：USB接口.HDMI接口.IEEE1394接口.天線接口.VGA接口.DVI接口.按鍵電路.SIM卡.耳機和其他類型的數據傳輸接口可能會將靜電引入內部電路。因此，需要在這些端口中使用ESD防護器件。

壓敏電阻和壓敏電阻是過去主要使用的靜電保護裝置TVS設備，但這些設備的一般缺點是響應速度太慢，放電電壓不夠準確，極間電容大，使用壽命短，由于多次使用，電氣性能會變得更差。因此，專業人士被廣泛應用于行業“靜電抑制器”取代以前的靜電保護裝置?！办o電抑制器”它是一種專門解決靜電問題的產品，其內部結構和工作原理比其他產品更科學和專業。它來自于Polymer由聚合物材料制成，內部菱形分子呈規則離散排列。當靜電電壓超過設備的觸發電壓時，內部分子迅速產生尖端到尖端的放電，并在瞬間將靜電放電到地面。它最大的特點是反應速度快(0.5ns～1ns）.非常低的極間電容(0.05pf～3pf），非常小的泄漏電流(1μA），非常適合各種接口的保護。

因為靜電抑制器體積小(0603.0402）.無極性.反應速度快等諸多優點，目前設計中使用靜電抑制器作為保護裝置的比例越來越多，在使用時應注意以下幾點：

（1）到GND盡可能短的連接；

（2）所接GND盡可能大的面積；

（3）盡設備盡可能靠近需要保護的端口；

ESD這個問題是許多重要的問題之一。不同的電子設備有不同的方法來避免對電路的傷害。由于目前的數字產品體積小，密度大，在ESD它在保護方面具有獨特的特點。通過大量的靜電測試實驗證明，采用本文的設計方法處理處理一個原始的±2kV放電將導致死亡的產品得到保護和改進±8kV靜電放電仍能穩定工作，具有良好的靜電保護效果。隨著電子設備的日益廣泛使用，ESD通過不斷的總結和學習，設計是每個結構設計工程師和電子設計工程師需要關注的關鍵問題，ESD這個問題將不再是一個難題！