常见的ESD问题与改进方法

1.静电放电电流直接流进电路

电流总是选择阻抗最小的路径流利。

在如图15-3(a)所示电路中，机壳上的静电放电电流利过旗子暗记线上的共模滤波电容进入电路。
在如图15-3(b)所示电路中，机壳上的静电放电电流利过旗子暗记地与机壳地的连接线进入电路。
当机壳上有缝隙或较大的孔洞时，由于机壳的阻抗较大，就会发生这种情形。

在图15-3(a)中，共模滤波电容是为了抑制辐射滋扰所采纳的方法。
当去掉这个电容时，可以肃清静电放电的问题，但是电缆的辐射发射可能会成为问题。
因此可见在这一点上，抑制辐射滋扰与掌握静电放电影响的方法相互抵牾。

图15-3　静电放电电流直接流进电路

2.静电放电电流利过杂散电容耦合进电路

如图15-4所示，在屏蔽机箱内部的PCB电路，所有元件和走线都暴露在机箱地电压突升而产生的内部场中，不同PCB走线和元件具有大小不同的与机箱耦合的杂散电容。

图15-4　PCB与机箱之间的杂散电容

静电放电电流利过杂散电容耦合进电路如图15-5所示。
由于ESD瞬态放电的上升韶光非常短，具有非常高的频率身分，可达1GHz以上，以是空间的杂散电容会成为良好的导通路径，纵然很小的杂散电容也会产生很大的突发电流。
当机箱上有由孔洞、缝隙等形成的较高阻抗时，静电放电电流的实际路径是很难预测的。

3.静电放电电流产生的电磁辐射滋扰

静电放电电流在传输过程中，由于其频率很高，故趋肤效应十分明显。
当机箱完全时，电流紧张在机箱的外表面流动。
如图15-6所示，在机箱上有缝隙及孔洞的情形下，静电放电电流流过缝隙、孔洞时会产生电磁辐射，而电磁辐射会通过与临近的电路之间的电容和电感耦合进电路。

图15-5　静电放电电流利过杂散电容耦合进电路

图15-6

4.静电放电电流产生的共模电压滋扰

如果机箱两部分之间的搭接阻抗较高，则当静电放电电流流过搭接点时，会产生电压降。
这个电压以共模电压的办法耦合进电路。
如图15-7所示，静电放电电流在机箱上产生电位差，对电路的地线形成滋扰。
这种情形在实际中很常见，由于许多机箱/机柜的搭接仅靠螺钉完成，射频搭接阻抗较大。

5.静电放电电流产生的二次放电滋扰

当机箱上发生静电放电时，由于机箱接地线的射频阻抗较大，以是机箱上的电位会瞬间升高，其详细电压值与接地阻抗值和机箱的大小有关。
如果机箱内的线路板没有其他的接地导体，则电路板的电位随着机箱电位升高的同时升高，不会发生二次放电问题。
但是如图15-8所示，如果电路板的一端通过其他路子接地，则会在电路板与机箱之间产生一个高达数千伏的电压，从而导致二次放电。
二次放电由于电阻的限流，以是瞬间电流更大，造成的危害也更大。

图15-7　静电放电电流在机箱上形成的共模电压

图15-8　二次放电形成的滋扰

6.静电放电电流在互连设备之间产生的的滋扰

静电放电电流在互连设备之间产生的滋扰如图15-9所示。
图中，电路板与机箱是连接在一起的，当发生静电放电时，电路板的电位升为机箱的电位，这个电压就以共模电压的形式传给了电缆另一真个设备，导致另一真个设备涌现故障。
如果电缆另一真个设备上涌现了静电放电，也会产生同样的滋扰。

图15-9

常见的ESD问题的改进方法的基本思路如下。

① 防止静电荷的积累，从而彻底肃清静电放电征象。
该方法仅适宜于生产现场或静电敏感物品的运输等场合。

② 使物体表面绝缘，防止静电放电发生，这是一个有效的方法。
按照静电放电试验的标准，当受试设备表面没有可以触及的金属部件时，就不须要进行试验。
但这种方法有一定的局限性，由于很难使一个产品的表面没有任何金属物件。

③ 掌握静电放电的路径，避免对电路的滋扰。
这是ESD防护设计的重点。
除个别情形下会涌现抵牾以外，大部分针对电磁滋扰发射和抗扰度的技能方法对静电放电都有一定的浸染。

一些常见的改进ESD问题的详细技能方法如下。

1.屏蔽机箱

完全的屏蔽机箱能够肃清静电放电的影响，这是由于完全的屏蔽机箱能够知足电连续性，使放电电流局限在机箱的外表面，不会流进电路或耦合进电路。
绞链处也应空想地高频连接，不良连接会使放电电流沿分布电容随机流动，无法掌握静电放电电流的走向。
采取的屏蔽机箱应能够知足GJB151A中各项试验的哀求。

2.内部增加屏蔽挡板或屏蔽层

当机箱上的缝隙或孔洞不可避免时，可以在电路(包括电路板和电缆)与缝隙/孔洞之间加一道屏蔽挡板，将屏蔽挡板与机箱连接起来，如图15-40所示。
或者在电路板与机箱之间增加一层屏蔽层，如图15-11所示，屏蔽层应完备覆盖不连续处并与机箱连接。
在构造和电气设计中，要使敏感电路、电缆只管即便阔别这些缝隙、孔洞。

图15-10

图15-11　增加屏蔽层防护ESD

3.旗子暗记地与机箱单点连接

可将电路板上的旗子暗记地与机箱在一点连接起来(单点接地)，防止静电放电电流在机箱上产生的电压耦合进电路。
应把稳接地点的选择。
如图15-12(a)所示，接地点应选择在电缆入口处，这样电缆另一端传过来的共模电压可以直接连接到地。
如果接地点选择不好，如图15-12(b)所示，则放电电流会流过电路板而导致静电滋扰。
将旗子暗记地与机箱连接起来也可以防止电路板与机箱之间产生过大的电压，造成二次放电或其他滋扰。

图15-12

图15-13

4.防止静电放电电流利过共模滤波电容进入电路

当电缆上有与机箱连接在一起的共模滤波电容时，可在靠近电路一侧安装一个铁氧体磁珠，以防止机箱上的电流流进电路，如图15-13所示。

5.在电缆入口处安装共模抑制器件

在电缆的入口处也可以采取限定过电压的器件，如采取电缆旁路滤波器等来抑制静电放电。
可在电缆的输入导线与内地之间加旁路电容(约500pF)，在电缆的输入导线与内地之间加限压二极管等器件，并将防护器件的地与PCB的地分开，直接接I/O地或机壳，如图15-14所示。

图15-14　在电缆入口处安装共模抑制器件

6.设备之间的互连电缆利用屏蔽电缆连接

如图15-15所示，在两设备之间的互连电缆利用屏蔽电缆连接，而电缆的屏蔽层与设备的金属机箱之间保持低阻抗搭接，从而使两个机箱的电位相等，这样可以防止一台设备上发生静电放电时，较高的共模电压传输到另一台设备上。

7.采取共模扼流圈抑制静电放电

如图15-16所示，可以在互连电缆上安装一个共模扼流圈，这样可以使由静电放电造成的共模电压降在扼流圈上，而不传输到另一真个电路上。
由于静电放电电流的上升韶光很短，以是扼流圈的寄生电容必须最小化。

图15-15

图15-16　用共模扼流圈抑制静电放电