常見的影響電子電路的ESD問題如下所示。

1.靜電放電電流直接流進電路

電流總是選擇阻抗最小的路徑流通。當電路的某個部分與靜電放電路徑相連時，就為靜電放電電流提供了一條潛在的路徑。

在如圖15-3(a)所示電路中，機殼上的靜電放電電流通過信号線上的共模濾波電容進入電路。在如圖15-3(b)所示電路中，機殼上的靜電放電電流通過信号地與機殼地的連接線進入電路。當機殼上有縫隙或較大的孔洞時，由于機殼的阻抗較大，就會發生這種情況。

在圖15-3(a)中，共模濾波電容是為了抑制輻射幹擾所采取的措施。當去掉這個電容時，可以消除靜電放電的問題，但是電纜的輻射發射可能會成為問題。因此可見在這一點上，抑制輻射幹擾與控制靜電放電影響的措施相互矛盾。

圖15-3　靜電放電電流直接流進電路

2.靜電放電電流通過雜散電容耦合進電路

如圖15-4所示，在屏蔽機箱内部的PCB電路，所有元件和走線都暴露在機箱地電壓突升而産生的内部場中，不同PCB走線和元件具有大小不同的與機箱耦合的雜散電容。

圖15-4　PCB與機箱之間的雜散電容

靜電放電電流通過雜散電容耦合進電路如圖15-5所示。由于ESD瞬态放電的上升時間非常短，具有非常高的頻率成分，可達1GHz以上，所以空間的雜散電容會成為良好的導通路徑，即使很小的雜散電容也會産生很大的突發電流。當機箱上有由孔洞、縫隙等形成的較高阻抗時，靜電放電電流的實際路徑是很難預測的。

3.靜電放電電流産生的電磁輻射幹擾

靜電放電電流在傳輸過程中，由于其頻率很高，故趨膚效應十分明顯。當機箱完整時，電流主要在機箱的外表面流動。如圖15-6所示，在機箱上有縫隙及孔洞的情況下，靜電放電電流流過縫隙、孔洞時會産生電磁輻射，而電磁輻射會通過與鄰近的電路之間的電容和電感耦合進電路。

圖15-5　靜電放電電流通過雜散電容耦合進電路

圖15-6

4.靜電放電電流産生的共模電壓幹擾

如果機箱兩部分之間的搭接阻抗較高，則當靜電放電電流流過搭接點時，會産生電壓降。這個電壓以共模電壓的方式耦合進電路。如圖15-7所示，靜電放電電流在機箱上産生電位差，對電路的地線形成幹擾。這種情況在實際中很常見，因為許多機箱/機櫃的搭接僅靠螺釘完成，射頻搭接阻抗較大。

5.靜電放電電流産生的二次放電幹擾

當機箱上發生靜電放電時，由于機箱接地線的射頻阻抗較大，所以機箱上的電位會瞬間升高，其具體電壓值與接地阻抗值和機箱的大小有關。如果機箱内的線路闆沒有其他的接地導體，則電路闆的電位随着機箱電位升高的同時升高，不會發生二次放電問題。但是如圖15-8所示，如果電路闆的一端通過其他途徑接地，則會在電路闆與機箱之間産生一個高達數千伏的電壓，從而導緻二次放電。二次放電由于電阻的限流，所以瞬間電流更大，造成的危害也更大。

圖15-7　靜電放電電流在機箱上形成的共模電壓

圖15-8　二次放電形成的幹擾

6.靜電放電電流在互連設備之間産生的的幹擾

靜電放電電流在互連設備之間産生的幹擾如圖15-9所示。圖中，電路闆與機箱是連接在一起的，當發生靜電放電時，電路闆的電位升為機箱的電位，這個電壓就以共模電壓的形式傳給了電纜另一端的設備，導緻另一端的設備出現故障。如果電纜另一端的設備上出現了靜電放電，也會産生同樣的幹擾。

圖15-9

常見的ESD問題的改進措施的基本思路如下。

① 防止靜電荷的積累，從而徹底消除靜電放電現象。該措施僅适合于生産現場或靜電敏感物品的運輸等場合。

② 使物體表面絕緣，防止靜電放電發生，這是一個有效的措施。按照靜電放電試驗的标準，當受試設備表面沒有可以觸及的金屬部件時，就不需要進行試驗。但這種措施有一定的局限性，因為很難使一個産品的表面沒有任何金屬物件。

③ 控制靜電放電的路徑，避免對電路的幹擾。這是ESD防護設計的重點。除個别情況下會出現矛盾以外，大部分針對電磁幹擾發射和抗擾度的技術措施對靜電放電都有一定的作用。

一些常見的改進ESD問題的具體技術措施如下。

1.屏蔽機箱

完整的屏蔽機箱能夠消除靜電放電的影響，這是因為完整的屏蔽機箱能夠滿足電連續性，使放電電流局限在機箱的外表面，不會流進電路或耦合進電路。絞鍊處也應理想地高頻連接，不良連接會使放電電流沿分布電容随機流動，無法控制靜電放電電流的走向。采用的屏蔽機箱應能夠滿足GJB151A中各項試驗的要求。

2.内部增加屏蔽擋闆或屏蔽層

當機箱上的縫隙或孔洞不可避免時，可以在電路(包括電路闆和電纜)與縫隙/孔洞之間加一道屏蔽擋闆，将屏蔽擋闆與機箱連接起來，如圖15-40所示。或者在電路闆與機箱之間增加一層屏蔽層，如圖15-11所示，屏蔽層應完全覆蓋不連續處并與機箱連接。在結構和電氣設計中，要使敏感電路、電纜盡量遠離這些縫隙、孔洞。

圖15-10

圖15-11　增加屏蔽層防護ESD

3.信号地與機箱單點連接

可将電路闆上的信号地與機箱在一點連接起來(單點接地)，防止靜電放電電流在機箱上産生的電壓耦合進電路。應注意接地點的選擇。如圖15-12(a)所示，接地點應選擇在電纜入口處，這樣電纜另一端傳過來的共模電壓可以直接連接到地。如果接地點選擇不好，如圖15-12(b)所示，則放電電流會流過電路闆而導緻靜電幹擾。将信号地與機箱連接起來也可以防止電路闆與機箱之間産生過大的電壓，造成二次放電或其他幹擾。

圖15-12

圖15-13

4.防止靜電放電電流通過共模濾波電容進入電路

當電纜上有與機箱連接在一起的共模濾波電容時，可在靠近電路一側安裝一個鐵氧體磁珠，以防止機箱上的電流流進電路，如圖15-13所示。

5.在電纜入口處安裝共模抑制器件

在電纜的入口處也可以采用限制過電壓的器件，如采用電纜旁路濾波器等來抑制靜電放電。可在電纜的輸入導線與内地之間加旁路電容(約500pF)，在電纜的輸入導線與内地之間加限壓二極管等器件，并将防護器件的地與PCB的地分開，直接接I/O地或機殼，如圖15-14所示。

圖15-14　在電纜入口處安裝共模抑制器件

6.設備之間的互連電纜使用屏蔽電纜連接

如圖15-15所示，在兩設備之間的互連電纜使用屏蔽電纜連接，而電纜的屏蔽層與設備的金屬機箱之間保持低阻抗搭接，從而使兩個機箱的電位相等，這樣可以防止一台設備上發生靜電放電時，較高的共模電壓傳輸到另一台設備上。

7.采用共模扼流圈抑制靜電放電

如圖15-16所示，可以在互連電纜上安裝一個共模扼流圈，這樣可以使由靜電放電造成的共模電壓降在扼流圈上，而不傳輸到另一端的電路上。由于靜電放電電流的上升時間很短，所以扼流圈的寄生電容必須最小化。

圖15-15

圖15-16　用共模扼流圈抑制靜電放電

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