靜電放電分享

靜電放電是兩個(gè)具有不同電勢(shì)的物體靠近時(shí)，電荷會(huì)瞬間從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，這種電荷傳遞的過程就是靜電放電。接觸放電和空氣放電是IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)中定義的兩種主要測(cè)試方法，它們模擬了現(xiàn)實(shí)中兩種不同的靜電放電場(chǎng)景。

     接觸放電模擬的是放電體（如人的手指、金屬工具）直接接觸到被測(cè)設(shè)備金屬部件時(shí)的放電情況。放電電極直接接觸到設(shè)備的導(dǎo)電表面（如金屬外殼、螺絲、連接器外殼等）。

      空氣放電模擬的是放電體接近但尚未接觸到被測(cè)設(shè)備時(shí)，擊穿空氣而產(chǎn)生的放電。空氣放電有電弧的存在，在納秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)，ESD的電流脈沖高達(dá)幾十安培。ESD空氣放電并不需要直接接觸金屬，它可以通過多種耦合途徑將能量傳入設(shè)備內(nèi)部，干擾甚至損壞PCB上的元器件。主要有以下幾種機(jī)制：

      直接傳導(dǎo)是最直接的路徑，如果放電點(diǎn)靠近USB、HDMI、網(wǎng)線接口等，放電電弧可以直接擊中端口的金屬外殼或引腳。巨大的瞬態(tài)電流和高壓會(huì)沿著電纜和接口電路直接到PCB上的芯片，造成芯片損壞。即使設(shè)備外殼是塑料的，如果外殼有縫隙（如散熱孔），電弧可能通過這些縫隙直接擊中內(nèi)部的PCB或?qū)Ь€。

      容性耦合（電場(chǎng)耦合），當(dāng)ESD電弧發(fā)生時(shí)，在放電點(diǎn)和設(shè)備內(nèi)部電路之間會(huì)形成一個(gè)瞬態(tài)的、強(qiáng)度很高的電場(chǎng)。這個(gè)快速變化的電場(chǎng)會(huì)在放電點(diǎn)與附近的PCB走線、元器件引腳之間形成一個(gè)寄生電容。

      ESD產(chǎn)生的高壓會(huì)通過這個(gè)電容，以位移電流的形式耦合到內(nèi)部的電路上。對(duì)高阻抗電路和高速信號(hào)線影響尤為顯著。即使電弧沒有直接擊中，附近的時(shí)鐘線、模擬信號(hào)線等都可能感應(yīng)出很高的電壓脈沖，可能導(dǎo)致設(shè)備故障。

      感性耦合（磁場(chǎng)耦合），ESD放電是一個(gè)極大的瞬態(tài)電流變化，這個(gè)變化的電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的瞬態(tài)磁場(chǎng)。這個(gè)變化的磁場(chǎng)會(huì)穿過PCB上的任何環(huán)路（比如電源/地環(huán)路、長(zhǎng)的信號(hào)返回路徑），在環(huán)路中感應(yīng)出電壓，感應(yīng)的電壓會(huì)疊加在正常的電源或信號(hào)上，造成電源噪聲等。

      電磁輻射耦合，一次強(qiáng)烈的ESD放電本身就是一個(gè)寬帶電磁脈沖，其頻譜成分可以從幾十MHz延伸到幾百M(fèi)Hz。設(shè)備內(nèi)部的PCB走線、電纜等會(huì)成為天線，接收這些輻射能量。所像是射頻電路、高頻數(shù)字電路，會(huì)造成嚴(yán)重的電磁干擾。

      可采用以下措施來降低ESD帶來的干擾，使用完整、導(dǎo)電良好的金屬外殼并良好接地；減小外殼縫隙，避免放電點(diǎn)直接對(duì)準(zhǔn)內(nèi)部敏感電路；對(duì)必要的開口（如散熱孔）進(jìn)行電磁屏蔽設(shè)計(jì)；將易受干擾的電路（如模擬、射頻）與噪聲源（如數(shù)字、I/O端口）分開；使用低阻抗的接地平面，為ESD電流提供泄放路徑；電源和信號(hào)回路面積盡可能小，以減少感性耦合。