轻松解除ESD之静电干扰

如何省钱、有效又可靠的解决静电干扰，一直是企业比较头疼的问题。静电防护实际就是通过解决方案让静电释放途径可控，在静电释放时避免损坏器件。本文通过探究静电生成机理，解析静电分析原理，提出防护静电的有效方法，并给出针对传导性ESD和辐射性ESD的具体解决方案。找对方法，让静电沿着设定的路径走可以变的很轻松！

静电生成机理

电荷经由放电路径而产生在不同电位之间移转现象，即称此为静电放电现象，简称ESD 。例如某绝缘的导体（螺丝起子）带有足够高电荷,当它靠近有相反电势的集成电路（IC）时，电荷“跨接”，引起静电放电。

静电放电产生的三个条件：

* 电荷的积累，静电荷积累在绝缘体上；

* 静电荷通过接触或感应转移到导体上；

* 充满静电的导体接近一个金属器件，产生放电。

静电危害对象

精密芯片：芯片越来越集成、微小，抗击电压也越来越小，极易受到静电电流影响。

MOS器件：MOS器件每条路径都有自己的放电特性，电位差超过路径间的绝缘物的介电强度，会发生介质击穿，从而损坏电路。

PCB板：ESD电流会直接通过电路板烧毁PCB上对ESD敏感的电路元件。

地线：ESD电流经过地线，若接地材质不良会产生高阻抗，形成高干扰电压，会是接地线路对正常工作电路造成干扰。对ESD敏感的器件还有有微电子器件，分立半导体器件，电阻器基片，压电晶体以及薄膜电路等。

静电分析原理解析

ESD是一种高能量、宽频谱的电磁干扰，干扰途径主要有两种：

传导性ESD：主要是瞬间接触的大电流造成产品内部电路的误动作或损坏。

辐射性ESD：空间电磁场耦合，其上升时间短，约为0.7~1ns，频谱高达数百MHz，静电放电电流会激烈一定频谱宽度的脉冲能量在空间，产生的电磁场通过寄身电感或电容耦合进敏感电路。

传导性ESD分析原理

对静电电流在电路中防护主要使用一些保护器件，在敏感器件前端构成保护电路，引导或耗散电流。此类保护器件有：陶瓷电容，压敏电阻，TVS管等，下图给出一个保护电路图。

辐射性ESD分析原理

对于静电产生的场对敏感电路产生影响，防护方法主要是尽量减少场的产生和能量，通过结构的改善增加防护能力，对敏感线路实施保护。

对场的保护通常比较困难，在改良实践中探索出了一种叫做等位体的方法。通过有效地架接，是壳体形成电位相同体，抑制放电。事实证明此种方式有效易于实施。

非接地、非导体外壳ESD解决方法：制造ESD地平面和电磁屏蔽。

防护静电的一般方法

* 减少静电的积累（如FPC或者闪存）；

* 使产品绝缘，防止静电发生；

* 对敏感线路提供支路分流静电电流；

* 对放电区域的电路进行屏蔽；

* 减少环路面积以保护电路免受静电放电产生的磁场的影响。

前三条是针对直接放电，后两条是针对关联场的耦合。

人体模型（HBM）

对于企业产品的静电实验发生器采用人体模型，下图为人体电容和阻抗示意图，以及人体模型结构示意图，可知：等效电容：50-250pF，等效电阻：500-10KΩ，放电电压：0-20kV

传导性ESD问题描述与解决方案

某电子产品接触式静电放电的接地改良

电子产品抗击电压为4.7KV，超过4.7KV就会出现蜂鸣器报警，死机现象。实验布置图如下：

问题措施结果

1、考虑电荷的泄流，改改两线供电为三线供电，电子产品抗压提高到

善电子产品的整体接地增加接地线路。 5.8kv

2、考虑提高PCB板接地，将PCB板接地与外壳和地线相连，电子产品抗压提高到

改善电子线路的接地使电荷能首先通过地线导出 7.9kv

3、对打击部分的敏感对敏感点线路利用TVS管接地防电子产品抗压提高到了

电路RS232串口电路改良护，提高其抗静电能力 9.3kv

RS232串口电路改良

判定RS232串口9号脚为敏感点。9号脚点都有长导线引出，在工作状态下施加微弱电压，就会报警。选择有效地方式利用TVS管对其进行保护：

* 所用TVS管型号为：P6KE6.8CA

* 如图对九号脚引出的长导线进行了接地改良。抗压大幅提高。

辐射性ESD问题描述与解决方案

某皮带秤的静电改良

某皮带秤在进行电磁兼容抗干扰测试静电放电项目中失败，其测试要求为接触放电6kv，空气放电8kv。现象是进行接触放电打击时存在放电，显示屏有异样，持续打击时会死机，有时可恢复。空气放电时显示屏也会有少许放电，然后死机。机体如下图所示：

在防护静电时，被测物体的外部结构常常起到至关重要的作用。封闭的外壳能有效地对抗静电，使内部电路较少的受到影响。

皮带秤外壳为封闭结构，完全通过测试。内壳部分结构松散，内壳抗压能力为：接触3kV，空气4kV。

由于内壳的结构不良，引起各种放电，剧烈的放电电流会影响参考地电位，使得数字电路逻辑失控，强烈的电磁场会耦合到敏感的信号线，引起信号错位。

考虑改善内壳的链接。利用扁铜带改良其链接。

显示屏周围为敏感地带，由液晶显示和控制电路两部分组成，电路复杂逐一整改不可取。

在间隙中填充绝缘材料，提高放电介质强度，两板平行可视为电容器，电容定义为C=εS/d，其中ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离,电容电压为

电荷相同的情况下，电容增大，两板之间的放电电压将变小，从而其抗电压能力提高。测试发现接触放电能力有所提高，位于显示部分上方的薄膜电路通过了空气放电8kV测试。

将内壳与外壳绝缘，内壳不接地。使电荷积累在内壳表面，随着电荷的积累，内壳逐渐形成一个等位体，放电现象消失。经过以上整改皮带秤通过了接触放电6kV和空气放电8kV的测试。