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靜電放電(ESD)保護(hù)
作者:  日期:2017-08-11  瀏覽次數(shù):3159次  來源:
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       一、ESD的基本概述
       【泰思特靜電槍分享】靜電是由兩種不同物質(zhì)的互相摩擦,通過正負(fù)電荷積蓄在相互摩擦的兩個物體而形成高電壓。人造纖維和塑料是常見的摩擦起電材料,當(dāng)摩擦產(chǎn)生電壓后,就會出現(xiàn)ESD問題。對于電子元器件來說,靜電能量是不能忽視的,它可以擊穿半導(dǎo)體元件,從而破壞電子電路。
       通常ESD通過兩種主要方式產(chǎn)生EMC問題:即傳導(dǎo)方式和輻射干擾方式。
       (1)傳導(dǎo)方式。靜電放電電流直接流過電路中,因為ESD產(chǎn)生很高的電壓,如果進(jìn)入到半導(dǎo)體,就可能產(chǎn)生誤操作,并且很容易破壞半導(dǎo)體器件,現(xiàn)代半導(dǎo)體元器件的內(nèi)部絕緣常常會在幾十伏電壓下?lián)舸┎⑶矣谰枚搪?,這是一個很嚴(yán)重的ESD問題,日常生活中這個問題是普遍存在的。
       (2)輻射干擾。當(dāng)靜電放電時(可用靜電放電測試儀模擬測試),產(chǎn)生的火花電壓會產(chǎn)生輻射磁場和電場。磁場能夠在附近電路的各個信號環(huán)路中感應(yīng)出噪聲電壓。由于在很短時間內(nèi)產(chǎn)生了較大的靜電電流,所以在信號環(huán)路中產(chǎn)生的噪聲電壓可能會超過邏輯元器件的閾值電平,引起元器件的誤觸發(fā)。
       在電路中,因為人體靜電產(chǎn)生的ESD問題是最常見的。干燥氣候環(huán)境下人體ESD的電壓很容易超過8kV、15kV甚至20kV,因此我們需要重視這樣的靜電電壓對PCB及元器件的影響,并采取相應(yīng)措施防止ESD問題。
       通常我們可以采取絕緣、屏蔽、隔離、濾波等方式來保護(hù)產(chǎn)品。
       二、靜電放電保護(hù)設(shè)計及措施
       1、減少ESD影響的設(shè)計原則
       有很多辦法減小ESD產(chǎn)生的EMI影響:完全阻止ESD的產(chǎn)生,阻止EMI耦合到電路或設(shè)備以及通過設(shè)計工藝增加設(shè)備固有的抗騷擾性。
       在一個環(huán)境中控制ESD而完全阻止ESD的產(chǎn)生是有可能實現(xiàn)的。但是對于場中的設(shè)備,必須通過設(shè)計工藝來增強(qiáng)系統(tǒng)的抗騷擾性。常用的設(shè)計方法是在設(shè)備危險點,例如輸入端和地之間設(shè)置保護(hù)電路,這些電路僅僅在ESD感應(yīng)電壓超過限值時發(fā)揮作用。它們提供低阻抗的切換通道,系統(tǒng)存儲的電荷可以由這些通道安全地流入地。保護(hù)電路可以包括多個電流分流單元。
       2、減小ESD影響的附加保護(hù)措施
       電路的設(shè)計中應(yīng)考慮到不允許出現(xiàn)無限制的等待或截止?fàn)顟B(tài)。
       1)設(shè)備中不用的輸入端不允許處于不連接或懸浮狀態(tài)。
       2)濾波器阻止ESD耦合到設(shè)備。如果輸入為高阻抗,一個旁路電容濾波最有效,因為它的低阻抗將有效的旁路高的輸入阻抗,旁路電容越接近輸入端越好。如果輸入阻抗低,使用一只鐵氧體電感元件串入電路,可以提供較好的濾波,這些鐵氧體元件也應(yīng)盡可能接近輸入端。
       3)在PCB設(shè)計在提高系統(tǒng)的ESD抗騷擾特性中起著重要的作用,PCB上的走線是ESD產(chǎn)生EMI的發(fā)射天線。為了把這些天線的耦合降低線要求盡可能短,包圍的面積盡可能小。同時,當(dāng)元器件沒有均勻的遍布一塊大板的整個區(qū)域時,共模耦合得到了增強(qiáng),使用多層板或地線網(wǎng)格減小耦合,也能抑制共模輻射噪聲。
       4)外殼設(shè)計是另一個阻止ESD輻射及傳導(dǎo)耦合的關(guān)鍵。
       5)一個正確設(shè)計的電纜保護(hù)系統(tǒng)可能是提高系統(tǒng)非敏感性的關(guān)鍵。作為大多數(shù)系統(tǒng)中最大的天線,輸入輸出電纜特別易于被EMI感應(yīng)出大的電壓或電流。從另一方面,電纜提供低阻抗通道,如果屏蔽電纜同機(jī)殼地可靠的連接,可避免傳導(dǎo)耦合,為減少輻射EMI耦合到電纜,線長和回路面積要減小,應(yīng)抑制共模耦合并且使用金屬網(wǎng)屏蔽。
       6)除了硬件措施外,軟件EMI方案也是減少系統(tǒng)鎖定等嚴(yán)重失常的有效方法。
ESD產(chǎn)生的電磁場能量會導(dǎo)致設(shè)備運行失常甚至損壞,電磁噪聲EMI通過傳導(dǎo)或輻射方式影響電子設(shè)備,耦合到一個設(shè)備中集成電路上的能量與峰值電場以及電場的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物成比例。
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