1.1靜電和靜電放電

      

靜電式物體表面的靜止電荷。物體在接觸、摩擦、分離、感應(yīng)、電解等過程中，發(fā)生電子或離子的轉(zhuǎn)移，整電荷和負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡，就形成了靜電。帶有 靜電的物體稱為帶電體。當(dāng)帶電體表面附近的靜電場(chǎng)梯度大到一定的程度，超過周圍介質(zhì)的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，介質(zhì)將會(huì)發(fā)生電離，從而導(dǎo)致帶電體的點(diǎn)和部分的電荷 部分或全部中和。這種現(xiàn)象我們稱之為靜電放電(ESD)。靜電放電可以出現(xiàn)在兩個(gè)物體之間，也可由物體表面靜電荷直接向空氣放電。

 

人體由于自身的動(dòng)作以及與其它物體的接觸、分離。摩擦或感應(yīng)等因素，可以帶上幾千伏甚至上萬(wàn)伏的靜電。在干燥的季節(jié)，人們?cè)诤诎抵型谢w衣服時(shí)，常常會(huì)聽到“啪啪”的聲音，同時(shí)還會(huì)看到火花，這就是人體的靜電放電現(xiàn)象。在工業(yè)生產(chǎn)中，人是主要的靜電干擾源之一。

 

1.2 靜電放電的特點(diǎn)

 

1、靜電放電時(shí)高電位，強(qiáng)電場(chǎng)，瞬時(shí)大電流的過程

 

大多數(shù)情況下靜電放電過程往往會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)脈沖大電流，尤其是帶電導(dǎo)體或手持小金屬物體的帶電人體對(duì)接地體產(chǎn)生火花放電時(shí)，產(chǎn)生的瞬時(shí)電流的強(qiáng)度可達(dá)到幾十安培甚至上百安培。

 

2、靜電放電會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射形成電磁脈沖

 

在靜電放電過程中，會(huì)產(chǎn)生上升時(shí)間極快、持續(xù)時(shí)間極短的初始大電流脈沖，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，形成靜電放電電磁脈沖，它的電磁能量往往會(huì)引發(fā)起電子系統(tǒng)中敏感部件的損壞、翻轉(zhuǎn)，使某些裝置中的電火工品誤爆，造成事故。

 

1.3靜電放電的類型

 

靜電放電類型主要有下面三種：

 

1、電暈放電

 

電暈放電是在不均勻電場(chǎng)中以布局擊穿形式表現(xiàn)出來的一種氣體放電，其特點(diǎn)是放電能量較低，在尖端電極上呈現(xiàn)微弱的發(fā)光現(xiàn)象，并隨著極間電壓的升高，發(fā)光區(qū)域不斷增大，在電壓足夠高時(shí)，呈現(xiàn)連續(xù)的拂塵狀光體。

 

2、刷形放電

 

刷形放電是發(fā)生于導(dǎo)體和絕緣體之間的一種放電形式。其放電通道的一端具有放電集中點(diǎn)，另一端呈分枝狀散開，并伴有放電聲光。刷形放電的能量較大，聲、光比一般電暈放電顯著。

 

3、火花放電

 

火花放電是當(dāng)兩個(gè)電極間的電壓足夠高，致使氣體全路徑被擊穿的一種放電形式?；鸹ǚ烹姇r(shí)，放電通道成為導(dǎo)電性的，電極上積蓄的電荷瞬時(shí)被中和，放電火花隨之消失。火花放電產(chǎn)生的放電電流及電磁脈沖具有較大的破壞力，它可對(duì)一些敏感的電子器件和設(shè)備造成危害。

 

靜電放電模型

 

靜 電放電時(shí)一個(gè)復(fù)雜多變的過程。靜電放電有許多不同的形式，能產(chǎn)生靜電放電的靜電源多種多樣。針對(duì)靜電放電的這種復(fù)雜性，為了有效地對(duì)靜電放電的危害及其效 應(yīng)進(jìn)行正確的評(píng)估，人們對(duì)實(shí)際中各種可能產(chǎn)生危害的靜電源進(jìn)行了研究，根據(jù)各自的特點(diǎn)建立了相應(yīng)的ESD模型。下面是幾種常見的模型。

 

2.1人體帶電模型

 

人 體是產(chǎn)生靜電危害的最主要的靜電源之一。人體帶電模型是為了模擬帶點(diǎn)人體與物體接觸時(shí)的靜電放電效應(yīng)而建立的。人體帶電模型的電路網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)電容和一個(gè)電 阻的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，稱為單RC電氣結(jié)構(gòu)。其中，電容C和電阻R的取值對(duì)不同的行業(yè)有所不同。在電子器件的靜電敏感度測(cè)試中，美軍標(biāo)MIL-STD-1686A 規(guī)定的參數(shù)值是：電容100pF,電阻1.5kΩ。對(duì)電火工品的靜電敏感度測(cè)試，美軍標(biāo)MIL-STD-1512采用的參數(shù)值是：電容500pF，電阻 5kΩ。在汽車制造業(yè)中，人體模型通常采用的參數(shù)是電容330pF，電阻2kΩ.。

 

2.2 場(chǎng)增強(qiáng)模型（人體-金屬模型）

 

場(chǎng)增強(qiáng) 模型是用來模擬帶電人體通過手持的小金屬物件，如螺絲刀，鑰匙等，對(duì)其它物體產(chǎn)生放電時(shí)的情形，因此這一模型又被稱為人體-金屬模型。當(dāng)帶電人體手持小金 屬物件時(shí)，由于金屬物件的尖端效應(yīng)，使得其周圍的場(chǎng)強(qiáng)大大增強(qiáng)，再加上金屬物件的點(diǎn)擊效應(yīng)，導(dǎo)致放電時(shí)等效電阻大大減小。因此在同等條件下，它產(chǎn)生的放電 電流峰值比單獨(dú)人體放電的要大，放電持續(xù)時(shí)間短。

 

場(chǎng)增強(qiáng)模型的電路結(jié)構(gòu)為雙RLC電氣結(jié)構(gòu)，其基本原理如下：

 

圖2-1雙RLC人體靜電放電模型

 

圖 中CB、RB、LB分別為人體電容、電阻及電感。CH、RH、LH分別為手、前臂及手持的小金屬物件的電容、等效電阻及電感。IEC801-2及 IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)在模擬人體靜電放電時(shí)采用了上述雙RLC電氣模型，其規(guī)定的模型參數(shù)為：CB=150pF ±10%,RB=330Ω±10%，LB=0.04~0.2µH,CH=3~10pF,RH=20~200Ω,LH=0.05~0.2µH。

 

2.3 帶電器件模型

 

電子器件本身在加工，處理、運(yùn)輸?shù)冗^程中可能因與工作面及包裝材料等接觸、摩擦而帶電。當(dāng)帶電的電子器件接近或接觸導(dǎo)體或人體時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生靜電放電。由于這一放電過程是器件本身帶電而引起的，因此在建立這種放電模型時(shí)，把它稱為帶電器件模型。

   

帶電器件模型的電路網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)電容、一個(gè)電阻和一個(gè)電感的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，稱為單RLC電氣結(jié)構(gòu)。其模型參數(shù)的取值要根據(jù)器件的具體情況來確定。

 

靜電放電的危害

 

3.1 ESD造成元器件失效

 

當(dāng)帶電物體通過器件形成一個(gè)放電通路時(shí)或帶電器件本身有一個(gè)放電通路時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生ESD而造成器件的失效，失效模式有突發(fā)性完全失效和潛在性緩慢失效。

 

（1）突發(fā)性完全失效：器件的芯片介質(zhì)擊穿或燒毀、一個(gè)或多個(gè)電參數(shù)突然劣化，完全失去規(guī)定功能的失效。通常表現(xiàn)為開路、短路、以及電參數(shù)嚴(yán)重漂移。概率約10%

 

(2)潛在性緩慢失效：器件受到ESD造成輕微損傷，器件的性能劣化或參數(shù)指標(biāo)下降而成為隱患，使該電路在以后的工作中，參數(shù)劣化逐漸加重，最終失效。概率約90%

 

3.2 ESD引起信息出錯(cuò)，導(dǎo)致設(shè)備故障

   

ESD會(huì)在設(shè)備各處產(chǎn)生一個(gè)幅值為幾十伏的干擾脈沖，引起信息出錯(cuò)，導(dǎo)致設(shè)備的故障：ESD也可產(chǎn)生頻帶幾百千赫～幾十兆赫、電平高達(dá)幾十毫伏的電磁脈沖干擾。當(dāng)脈沖干擾耦合到敏感電路時(shí)，也會(huì)引起信息出錯(cuò)，導(dǎo)致設(shè)備的故障。

 

3.3 高壓靜電吸附塵埃微粒

   

靜電電荷易吸附塵埃微粒，污染PCB板和半導(dǎo)體芯片，使其絕緣電阻下降，影響器件工作。嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起器件故障（例如：CMOS電路發(fā)生閂鎖）。

 

ESD防護(hù)設(shè)計(jì)指南

 

ESD耦合到電子通訊設(shè)備有三種方式

 

直接傳導(dǎo)

 

電容耦合（電場(chǎng)耦合）

 

電感耦合（磁場(chǎng)耦合）

 

所以，電子通訊設(shè)備的ESD防護(hù)主要應(yīng)針對(duì)這兒種耦合方式采取措施，可總結(jié)為下列24字方針:：

 

靜電屏蔽，濾波去耦，絕緣隔離，接地泄放，良好搭接，瞬態(tài)抑制

 

4.1 設(shè)備的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)要求

 

對(duì)于設(shè)備級(jí)的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)，其重點(diǎn)應(yīng)放在為靜電放電設(shè)置一條通暢的泄放通道。主要應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：

 

1、機(jī)箱金屬之間要實(shí)現(xiàn)良好搭接。搭接處要采用面接觸，避免點(diǎn)接觸，搭接的直流電阻不大于2.5mΩ，整體搭接結(jié)構(gòu)中任意兩導(dǎo)電點(diǎn)間的直流電阻不大于25mΩ。相互搭接的金屬之間電化學(xué)位差不大于0.6V。

 

2、人員接觸的鍵盤，控制面板，手動(dòng)控制器，鑰匙鎖等金屬部件，應(yīng)直接通過機(jī)架接地。如果不能接地，則其與電路走線和工作地的絕緣距離至少應(yīng)滿足以下要求：空氣間隙5mm，爬電距離6mm。

 

3、機(jī)架式設(shè)備一般采用復(fù)合式接地，工作地、電源地、保護(hù)地與機(jī)架在內(nèi)部要良好隔離，在機(jī)架接地螺栓處匯接或在外部接地匯集線上匯接，形成良好的靜電泄放通路。

 

4、小型低速（頻率小于10MHz）設(shè)備可以采用工作地浮地（或工作地單點(diǎn)接金屬外殼），金屬外殼單點(diǎn)接大地，使靜電通過機(jī)殼泄放到地面而對(duì)內(nèi)部電路無(wú)影響。

 

5、小型高速（頻率大于10MHz）設(shè)備的工作地應(yīng)與金屬機(jī)殼實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接地，且金屬外殼單點(diǎn)接大地。

 

6、機(jī)架設(shè)備的接地點(diǎn)與外部接地樁之間要保證可靠的電氣連接。接地線材料應(yīng)采用多股銅錢，對(duì)于安裝在移動(dòng)通信基站的設(shè)備，接地線截面積≥35mm²，其他設(shè)備，接地線截面積≥16mm²。接地線兩端應(yīng)接銅鼻子。

 

4.2 PCB的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)要求

 

在ESD放電區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的突變電磁場(chǎng)。強(qiáng)的瞬變電磁場(chǎng)一方面可能使器件立即失效，或者造成潛在性損傷使器件性能逐漸降級(jí)：另一方面可能對(duì)電路產(chǎn)生干擾使電路不能正常工作。因此在關(guān)鍵電路中一般應(yīng)采用ESD保護(hù)電路，如利用TVS器件、濾波器等。

 

PCB的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)主要應(yīng)做好以下措施：

 

1、接口電路應(yīng)盡量采用ESD敏感度為3級(jí)（靜電損傷閾值大于4000V）或不敏感的元器件：否則在輸入輸出接口電路上應(yīng)采取保護(hù)措施。單板的保護(hù)電路應(yīng)緊靠相應(yīng)的連接器放置。

   

                   

圖 4-1 單板的保護(hù)電路緊靠連接器放置

 

2、芯片的保護(hù)電路應(yīng)緊靠相應(yīng)的芯片放置，并低阻抗接地。見圖4-2。

 

圖 4-2 芯片的保護(hù)電路緊靠芯片放置

 

3、易受ESD干擾器件，如NMOS、CMOS器件等，應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離易受ESD干擾的區(qū)域。

 

4、在PCB上設(shè)置靜電防護(hù)與屏蔽地

 

以 U6單板為例，在PCB的板邊設(shè)置圖4-3所示的靜電防護(hù)與屏蔽地，該地環(huán)的寬度的5毫米，在外層的銅皮上噴錫（不要蓋綠油），用過孔將各層的防護(hù)地環(huán)連 接，過孔與過孔之間的間距控制在約10—13mm（400—500mil）。單板與背板的防護(hù)地通過連接器材相連。靜電防護(hù)與屏蔽地與工作地之間，應(yīng)盡量 保證間距大于3mm。

 

靜電防護(hù)與屏蔽地環(huán)可以只在PCB板的二個(gè)表面上鋪設(shè)，內(nèi)層上不設(shè)置防護(hù)地環(huán)。

 

圖 4-3 PCB上設(shè)置靜電防護(hù)與屏蔽地

 

5、在滿足功能要求前提下，優(yōu)先選用抗靜電能力強(qiáng)（即損傷閾值高）的元器件。

 

6、相互之間具有很多互聯(lián)線的元器件應(yīng)盡可能彼此靠近。例如I/Q器件與I/Q連接器應(yīng)盡量接近。

 

7、信號(hào)線應(yīng)該與其回流地線緊挨一起，盡量在每根信號(hào)線的旁邊安排一條地線。盡量采用地平面或地線網(wǎng)絡(luò)，而不采用單根地線。對(duì)于多層板。信號(hào)線應(yīng)該盡量靠近地平面走線。

 

8、易受靜電干擾的信號(hào)線如時(shí)鐘線、復(fù)位線等應(yīng)盡可能短而寬：多層板中的時(shí)鐘線、復(fù)位線應(yīng)在兩地平面之間走線。

 

9、對(duì)于多層板，應(yīng)保證地平面的完整性，地平面內(nèi)不應(yīng)有大的開口。

 

10、后背板上的布線區(qū)（包括信號(hào)層、地層及電源層）與固定后背板的金屬螺釘邊緣的距離至少5mm以上。

 

11、印制板地層通過接插件到后背板時(shí)，最好至少有一排接地插針，保證靜電泄放地回路的通暢。

 

12、在印制板的電源輸入端應(yīng)進(jìn)行濾波，并用瞬態(tài)過電壓仰制器件（TVS）仰制瞬態(tài)過電壓。

 

13、對(duì)于雙面板，如果印制板上的電源線引線很長(zhǎng)，則每隔8cm應(yīng)在電源與地之間接入一個(gè)0.1uF的陶瓷電容器。

 

14、 所有高速邏輯器件要求安裝去耦電容。集成電路的電源與地之間應(yīng)加0.01uF~0.1uF的陶瓷電容器進(jìn)行去耦。去耦電容應(yīng)并接在同一芯片的電源端與地之 間且要緊靠被保護(hù)的芯片。對(duì)于電源和地有多個(gè)引腳的大規(guī)模集成電路，應(yīng)安裝多個(gè)去耦電容。對(duì)于動(dòng)態(tài)RAM器件，去耦電容的容量取0.1UF為宜。

 

15、 對(duì)于大規(guī)模集體電路，尤其是EEPROM、FLASH MEMORY、EPLD、FPGA等類型的芯片，每個(gè)去耦電容（0.01uF~~0.1uF）旁應(yīng)并接一個(gè)10uF的充放電鉭電容或陶瓷電容。對(duì)于小規(guī)模 集成電路，每10片去耦電容（0.01uF～0.1uF）旁也要加接一個(gè)10uF的充放電鉭電容或陶瓷電容。

 

16、CMOS器件所有不用的輸入端引線不允許懸空，應(yīng)視不同電路接到地、電源（源極） Vss或電源（漏極）VDD上。CMOS器件的輸入端如果接的是高阻源，則應(yīng)設(shè)計(jì)上拉或下拉電阻。

 

17、印刷板上的靜電敏感器件，必須通過保護(hù)電路（設(shè)置串聯(lián)電阻、分流器、箝位器件等保護(hù)裝置）才能與電連接器的端子相連。

 

18、安裝在印制板上具有金屬外殼的元器件（如復(fù)位按鈕、撥碼開關(guān)、晶振等），其金屬外殼必須可靠接地，優(yōu)先接靜電保護(hù)地環(huán)，如單板沒有設(shè)置靜電保護(hù)地環(huán)，則接工作地。

19、對(duì)于輸入輸出接口處信號(hào)插針與金屬外殼的隔離距離達(dá)不到5mm的接插件，其金屬外殼附近應(yīng)盡可能敷設(shè)大面積覆銅地線。接插件金屬部分應(yīng)與機(jī)殼用最短的接地線相連。

 

20、在復(fù)位信號(hào)線靠近復(fù)位按鈕的輸入端與地之間，以及靠近復(fù)位芯片的輸入端與地之間分別并接0.1uF的陶瓷電容；復(fù)位線應(yīng)盡可能短（小于3cm為宜）而寬（大于1mm為宜）。

 

21、操作面板上容易被人體接觸的部件，如小面板、按鈕、鍵盤、旋鈕等應(yīng)采用絕緣物，也可以采用帶塑料薄膜的金屬開關(guān)面板。

 

22、對(duì)于與內(nèi)部電路無(wú)聯(lián)系的金屬部件，如固定印刷板的金屬鎖簧和起拔拉手，外表涂覆絕緣層，增加其絕緣強(qiáng)度，并與印制板內(nèi)部電路（包括信號(hào)和地線層）隔離至少5mm以上。

 

23、金屬機(jī)殼以及與印制板相連的金屬前面板應(yīng)與印制板內(nèi)部電路（包括信號(hào)和地線層）隔離至少5mm以上。

 

24、印制板靜電電流泄放通路的地應(yīng)優(yōu)先選擇機(jī)殼地，板上的金屬部件和金屬接插件能就近接機(jī)殼的應(yīng)就近接機(jī)殼，無(wú)法就近接機(jī)殼的接靜電保護(hù)地環(huán)或工作地，工作地應(yīng)是大面積的地層。

 

4.3 通訊端口的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)要求

 

對(duì)通訊端口的ESD防護(hù)，一般采用TVS(瞬態(tài)電壓仰制器)保護(hù)器件。

 

1、TVS的主要參數(shù)及選取原則

 

選取TVS器件時(shí)，主要考慮以下三個(gè)參數(shù)：截止電壓VRM,峰值脈沖電流IPP和輸入電容C（又稱結(jié)電容）。

 

對(duì)于VRM，如果電路正常工作時(shí)的峰值電壓為V工作，則VRM可取值：VRM=（1.1~1.2）V工作，VRM最大不要超過工作電壓的1.4倍。

 

對(duì)于Ipp，應(yīng)選擇該值大于電路中預(yù)期出現(xiàn)的電流值。

 

對(duì)于輸入電容C的選取，應(yīng)保證不對(duì)電路的正常工作造成影響，不對(duì)傳送的波形產(chǎn)生畸變。如果TVS用于高速電路的ESD防護(hù)，其輸入電容C以不大于15pF為宜。

 

2、E1和Ethernet口的ESD防護(hù)器件推薦

 

下面的器件是專門用于ESD防護(hù)的器件，其內(nèi)部帶有濾波電路，能夠防ESD接觸放電8kV，空氣放電15kV。該器件可以對(duì)E1和Ethernet口進(jìn)行保護(hù)。

 

型號(hào)：STF701，SEMTECH公司。VRM=5V，輸入電容C=65pF。

 

如圖 4-4 STF701 內(nèi)部電路及結(jié)構(gòu)圖

 

3、串口的ESD防護(hù)器件推薦

 

如果串口芯片用MAX3342，則有四路收發(fā)，八根線，可采用PROTEK公司的SM16LC15C器件對(duì)串口進(jìn)行保護(hù)。

 

以下圖示器件為高速雙向TVS陣列，8個(gè)信道，可以保護(hù)4個(gè)串口，防靜電大于40kV。

 

其參數(shù)為VRM=15V，C=15pF。

   

公司代碼為：12600040。

 

圖 4-5 SM16LC15C內(nèi)部電路及結(jié)構(gòu)圖

 

如果串口芯片用MAX3223，則有兩路收發(fā)，四根線，可采用PROTEK公司的SMDA15LCC器件對(duì)串口進(jìn)行保護(hù)。

 

其參數(shù)為VRM=15v，C=15pF。

   

該器件公司目前沒有代碼（只有SMDA05LCC,代碼12600066）。

 

如果串口芯片用MAX3221，則為單路收發(fā)，兩根線，可采用PROTEK公司的SM8LC12器件對(duì)串口進(jìn)行保護(hù)。

 

其參數(shù)為VRM=12V，C=25pF

 

公司代碼為：12600043。

 

圖 4-6 SM8LC12 內(nèi)部電路及封裝圖

 

不過，對(duì)上述串口芯片MAX3223和MAX3221，它們都有對(duì)應(yīng)的內(nèi)部自帶ESD保護(hù)（15KV）的型號(hào)，分別為MAX3223E和MAX3221E，可以直接選用，當(dāng)選用MAX3223E和MAX3221E時(shí)，不需要再加ESD保護(hù)器件。

 

4、10/100m以太網(wǎng)口的ESD防護(hù)器件推薦

 

以太網(wǎng)接口可以采用以下的ESD、浪涌保護(hù)電路：

 

圖 4-7 以太網(wǎng)接口ESD、浪涌保護(hù)電路

 

保護(hù)器件SLVU2.8-4由SEMTECH公司供應(yīng)，其參數(shù)為VRM=2.8V，C=5pF.公司代碼為：12600063。

 

保護(hù)器件SMDA05LCC由PROTEK 公司供應(yīng)，其參數(shù)為VRM=5V，C=15pF.公司代碼為：12600066。

 

典型案例

 

5.1 某寬帶園區(qū)接入產(chǎn)品防靜電設(shè)計(jì)

 

該產(chǎn)品的防靜電設(shè)計(jì)方案可以歸納如下：

 

（1）接地系統(tǒng)分工作地、-48V電源地、保護(hù)地和機(jī)殼地。

 

（2）機(jī)箱外殼采用整體折彎工藝，使插箱外形一次成型，采用整體框架式結(jié)構(gòu)，機(jī)箱上下導(dǎo)軌采用整體金屬式導(dǎo)軌板，并在框架主題上設(shè)置有機(jī)殼接地螺釘，保證系統(tǒng)整體搭接良好。

 

（3）單板通過上下兩邊的鍍錫層在導(dǎo)軌槽中滑動(dòng)，為保證導(dǎo)軌槽與單板鍍錫層良好接觸，在導(dǎo)軌槽兩邊加裝導(dǎo)軌簧片；為了保證前面板之間良好搭接，面板與面板之間通過連接彈性指簧來消除間隙。

 

（4） 系統(tǒng)外界端口包括有百兆以太網(wǎng)電接口（RJ45插座）、百兆以太網(wǎng)光接口、千兆以太網(wǎng)光接口、232串口（采用RJ45插座）和VDSL線路用戶端口。以 上端口采用VDSL線路用戶端口從背板出線，其余非用戶端口都從前端出線。為了更好地泄放靜電電流，系統(tǒng)采用如下方式的接地方式：

 

a、在個(gè)單板（背板除外）前端安裝各接口插座區(qū)域表層全部敷設(shè)機(jī)殼地，機(jī)殼地敷設(shè)寬度大于接口插座加上靜電保護(hù)器件的覆蓋寬度，講這些端口靜電保護(hù)器件的接地端與此機(jī)殼地相連。

 

b、工作地層前端向內(nèi)縮，從距離機(jī)殼地至少5mm處向后方敷設(shè)（該系統(tǒng)單板工作地之間間隔8mm），端口隔離變壓器跨接在機(jī)殼地與工作地之間，接口信號(hào)線走在制板內(nèi)層，通過隔離變壓器將在機(jī)殼地和工作地區(qū)域的信號(hào)連接起來。

 

c、為了使前端接口感應(yīng)的靜電電流以最短路徑泄放，前端機(jī)殼地與單板上下兩邊的鍍錫層相連，即機(jī)殼地就近于機(jī)殼相連，上下鍍錫層與內(nèi)部信號(hào)和工作地距離間隔至少5mm（該系統(tǒng)間隔為8mm）。

 

d、從后背板出線的VDSL用戶線端口保護(hù)地則是通過后背板插針單獨(dú)接到大地上。

 

這種接地方式可以歸納為：前端的機(jī)殼地應(yīng)就近接機(jī)殼，且應(yīng)避開內(nèi)部電路，這樣可以提高整個(gè)系統(tǒng)的靜電抗擾性：后端保護(hù)地通過后背板插針引出，單獨(dú)接到大地上，系統(tǒng)最后 引向大地的地線為工作地、保護(hù)地和機(jī)殼地（由機(jī)殼接地螺釘引出）。

 

該產(chǎn)品通過采用以上措施，順利通過了接觸6KV和空氣8KV靜電放電抗擾性試驗(yàn)。

 

5.2 某小容量帶寬接入產(chǎn)品的防靜電設(shè)計(jì)

 

某小容量寬帶接入產(chǎn)品的E1接口的防靜電器件選用的是 SEMTECH公司的LC03-6(VRM=6V ，Ipp=50A，C=8pF，SO8封裝，代碼為12600032），試驗(yàn)時(shí)可防6KV接觸靜電（靜電槍直接對(duì)E1接口的同軸外殼進(jìn)行接觸放電，E1接 收和發(fā)送的同軸外殼都懸浮不接地）。

   

廠家推薦的器件接法如圖5-1所示。

 

圖 5-1 E1接口防靜電電路圖

 

試 驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，按照上圖的器件連接方法進(jìn)行6KV接觸靜電放電時(shí)，隔離變壓器線路側(cè)引腳會(huì)放電打火，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)這種接法只仰制了差模干擾，對(duì)共模干擾信號(hào)沒有泄 放通路，共模干擾信號(hào)的能力聚集在隔離變壓器的線路引腳處，累計(jì)到一定的程度擊穿引腳之間的空氣產(chǎn)生放電打火現(xiàn)象，后將LC03-6的中間懸空管腳接保護(hù) 地，為共模干擾提供了泄放通路，放電打火現(xiàn)象消失，線路正常工作；另外，此器件的輸入電容為線-線間12pF，線-地間25pF，對(duì)E1信號(hào)并無(wú)影響，實(shí) 際試驗(yàn)時(shí)也是如此。

5.3 某產(chǎn)品與結(jié)構(gòu)工藝有關(guān)的防靜電案例

 

某產(chǎn)品機(jī)箱規(guī)格為寬19英寸，高12U，前面板有10/100M以 太網(wǎng)電接口、E1接口、232串口等，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到了機(jī)箱各個(gè)面和支架之間的良好搭接，前面板相互之間也是通過彈性指簧進(jìn)行良好搭接的。但在對(duì) 10/100M以太網(wǎng)RJ45金屬電接口進(jìn)行6KV靜電放電時(shí)，系統(tǒng)重新啟動(dòng)。對(duì)系統(tǒng)接地進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)接地方式也正確，再進(jìn)一步詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，安裝 RJ45金屬網(wǎng)口的方形開口四周噴上了厚厚的一層漆，使RJ45金屬網(wǎng)口與前面板搭接不好，導(dǎo)致靜電試驗(yàn)通不過，將漆層去掉后，系統(tǒng)順利通過了接觸放電 6KV靜電試驗(yàn)。

 

5.4 ESD試驗(yàn)使某單板程序“跑飛”

 

問題描述：某單板在進(jìn)行ESD試驗(yàn)時(shí)，單板上的程序“跑飛”。

 

原 因簡(jiǎn)析：圖5-2 為該板的TOP層絲印和走線圖，不難看出，內(nèi)存條距離需施以6千伏靜電的鋁合金面板很近，不到30毫米，插入內(nèi)存條時(shí)，采用高速CMOS工藝的SDRAM 芯片面向面板。內(nèi)存條的數(shù)據(jù)或地址總線上出現(xiàn)干擾，不能排除以下兩個(gè)原因：一是SDRAM芯片在電磁脈沖的作用下出現(xiàn)錯(cuò)誤的狀態(tài)變換，二是內(nèi)存條上的印制 線在瞬變場(chǎng)中產(chǎn)生了干擾脈沖。

 

改進(jìn)措施：原設(shè)計(jì)中布局不合理，內(nèi)存條離面板邊太近。改板時(shí)將板的中部壓縮，內(nèi)存條轉(zhuǎn)向180度使SDRAM芯片背向面板。更改后的效果見圖5-3。

 

試驗(yàn)效果：故障不再出現(xiàn)，ESD試驗(yàn)順利通過。

 

圖 5-2 原設(shè)計(jì)圖

 

圖 5-3 改進(jìn)后的設(shè)計(jì)圖

 

5.5 試驗(yàn)使單板復(fù)位

 

問題描述：某單板在進(jìn)行ESD試驗(yàn)時(shí)，單板上有時(shí)（概率若20%）出現(xiàn)復(fù)位現(xiàn)象。

 

原因簡(jiǎn)析：圖5-4為該板的TOP層絲印和走線圖，原設(shè)計(jì)中的復(fù)位信號(hào)線（沿紅線箭頭處）長(zhǎng)距離地走在表面，線寬8mil，而且離面板邊較近。進(jìn)行ESD試驗(yàn)時(shí)，收到快速瞬變場(chǎng)的影響，復(fù)位信號(hào)線產(chǎn)生了干擾脈沖。

 

改進(jìn)措施：只將復(fù)位芯片下移，復(fù)位信號(hào)線用20㏕的線走內(nèi)層。

 

試驗(yàn)效果：故障不再出現(xiàn)，ESD試驗(yàn)順利通過。

 

圖 5-4 復(fù)位線設(shè)計(jì)圖

 

 

推薦閱讀：