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靜電放電(ESD)理論研究的已經相當成熟,為了模擬分析靜電事件,前人設計了很多靜電放電模型。常見的靜電模型有:人體模型(HBM),帶電器件模型,場感應模型,場增強模型,機器模型和電容耦合模型等。關于ESD靜電放電,可分為接觸放電和空氣放電。其中,空氣放電的等級相對較高。
下圖是ISO 10605-2008標準靜電放電測試設置圖,針對電子產品ESD問題,個人總結了以下幾種防護方法,供大家設計時參考。
1、TVS
電子設計中低速信號線、高速信號線、RF天線等端口處,都會放置1個或1組TVS管,利用TVS的雪崩擊穿進行電壓鉗位,從而保護后級電路。
2、MLCC陶瓷電容
通常對于成本敏感性產品,MLCC電容放置在I/O連接器或者關鍵信號的位置,同時連接線盡可能的短,以便減小連接線的感抗。
3、火花間隙法
注:此方法不推薦,容易積碳,使用壽命短。
如下圖所示,ESD放電產生電弧(類似爬電,間距大了就沒效果了),通過尖端放電至GND進而消耗電能。
4、金屬屏蔽
靜電電流流過金屬導體時,由于實際上金屬導體在高頻狀態下寄生電感的存在,會在金屬導體上產生變化的電磁場,敏感信號靠近金屬背板時,會在信號布線上產生感應騷擾電壓,從而導致系統工作異常,可以采用屏蔽的方式解決。
5、PCB疊層設計
PCB疊層設計的總原則是高頻信號具有完整的參考地平面,高頻信號環路面積最小,第一是電源層緊鄰參考地平面使得電流泄放快,第二是環路面積小使得感應電流的能力相應減弱。
6、PCB防靜電環
在電路板周圍畫出不加阻焊層的走線,在條件允許的情況下將該走線連接至外殼,同時要開口環,避免引起天線效應。
車載域控制器這個靜電環比較明顯,如下圖所示,PCB周邊的裸露的銅皮就是PCB防靜電環。
7、接地與搭接
接地與搭接是為靜電電流提供低阻抗泄放路徑的重要手段,金屬部件之間通過良好的搭接,既能建立低阻抗電流通路,又能減小不同參考地平面間寄生電感,從而建立在不同工作頻率下盡可能等電位的參考地平面。
總結:保護好電路的電源和信號線,那么就能有效的防止ESD的電流流入PCB中。
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