電子通訊產(chǎn)品的ESD防護(hù)設(shè)計及方法淺析

王軼 帥樹新

摘要：隨著我國通信產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，電子通信設(shè)備獲得了廣闊的市場，電子通信設(shè)備在設(shè)計、生產(chǎn)和使用過程中發(fā)生的靜電干擾導(dǎo)致產(chǎn)品正常運(yùn)行，對電子元器件的損壞是一個嚴(yán)重的問題。隨著科技的不斷進(jìn)步，電信產(chǎn)品的防靜電設(shè)計變得越來越重要。本文主要分析ESD引起的危害和保護(hù)設(shè)計缺陷，并提出相應(yīng)的設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：ESD電子通訊產(chǎn)品設(shè)計方法

一、ESD產(chǎn)生的危害

在一些電子電器設(shè)備的正常使用中，產(chǎn)生的大量靜電對于電子設(shè)備的正常使用性能有著十分嚴(yán)重的不良影響，主要表現(xiàn)：

1.使得電子設(shè)備中的元件失效

在這些器件的正常使用工作過程中，如果由一些帶電荷的物體電路通過，就可能會直接形成一些放電物體通路或者說在電氣電子產(chǎn)品的一些器件中本身就可能帶有一些放電物體通路，在這些器件中就不僅會直接產(chǎn)生大量靜電而且會使得整個器件的正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)效率受到很大影響。在器件造成的物理影響中通常有突發(fā)性的完全快速失效和緩慢快速失效兩種不同的表現(xiàn)狀態(tài)，其中突發(fā)性的完全快速失效一般是在泛指一個器件在正常使用處理過程中，芯片電路受到較大損壞或在電電路參數(shù)的值受到較大影響時會產(chǎn)生較大波動，同時也可能會直接失去正常規(guī)定的器件使用處理功能，其外在的影響表現(xiàn)是因?yàn)橐粋€元件的芯片開路或器件短路，顯示的損壞電電路參數(shù)也會產(chǎn)生較大漂移。在我們使用的軟件過程中這種特殊情況可能產(chǎn)生的錯誤概率大約為百分之十。緩慢系統(tǒng)失效通常為具有潛在性的，主要原因是由于電子器件在正常使用的整個過程中都會受到外部靜電場的影響從而產(chǎn)生輕微的裂化損傷，使用性能漸漸出現(xiàn)劣化，參數(shù)值及指標(biāo)性能出現(xiàn)明顯下降，為影響電子電器設(shè)備的正常使用安全買下重大隱患，隨著人們使用器件時間的不斷加長，裂化損壞程度逐漸出現(xiàn)加重，最終可能導(dǎo)致系統(tǒng)緩慢失效，其最終發(fā)生的死亡概率大約為百分之九十。

2.使的信息出現(xiàn)錯誤

在邏輯電路中會產(chǎn)生誤動作的原因?qū)嶒?yàn)結(jié)果證明：這種靜電干擾能夠?qū)﹄娮釉O(shè)備的正常使用過程產(chǎn)生放電干擾，在正常使用中對某一種電子無線通訊設(shè)備信號進(jìn)行一種靜電干擾接觸時的放電干擾設(shè)置，能夠在對某電子通訊設(shè)備使用中的靜電檢測中得到一種數(shù)值較大的靜電干擾開關(guān)脈沖，干擾開關(guān)脈沖的正確存在從而能夠直接使得訊號信息傳輸出現(xiàn)自動錯誤，邏輯電路能夠產(chǎn)生自動翻轉(zhuǎn)，從而能夠使得電子產(chǎn)品在正常使用中的過程中不會產(chǎn)生嚴(yán)重故障。靜電電路能夠同時產(chǎn)生較大的敏感電磁脈沖敏感干擾，如果敏感電磁脈沖和敏感干擾電路不能產(chǎn)生相互連接，也可能會因此使得電子信息傳輸受到較大影響，產(chǎn)生錯誤，電子產(chǎn)品就可能會因此出現(xiàn)嚴(yán)重故障。

3.高壓靜電容易吸附塵埃顆粒

在一些電子器件通訊設(shè)備的日常使用處理過程中如果直接產(chǎn)生的空氣靜電主要為空氣高壓下的靜電，容易直接吸附存在空氣環(huán)境中的金屬塵埃和化學(xué)顆粒塵等物質(zhì)，對應(yīng)的PCB板和其中的電子芯片也會造成空氣污染，降低其內(nèi)部絕緣層的電阻，使得一個整體的通訊系統(tǒng)電子器件的正常工作效率受到較大影響，日積月累就可能會直接造成系統(tǒng)器件性能產(chǎn)生較嚴(yán)重的性能故障。

二、電子通訊產(chǎn)品的ESD防護(hù)設(shè)計

ESD與電子電路的連接方式主要有兩種：一是直接傳輸，二是電容耦合，即電場耦合，最后是電感耦合，即磁場耦合。在設(shè)備中，我們使用相應(yīng)的保護(hù)方法來制定，我們需要重點(diǎn)關(guān)注三種不同的耦合方法并概括為：對產(chǎn)生的靜電的有效屏蔽，對產(chǎn)生的電磁波和干擾的過濾和隔離設(shè)置，以及在無線電的情況下，如何將其中存在的波接地?？捎糜诜烹姡丿B線路，并有效控制生成的瞬時狀態(tài)。

首先是PCB 的 ESD防護(hù)設(shè)計，其中包括：

1. 在PCB中，要有效控制引線長度，盡量減少長度，特別是敏感信號線和電源信號線要盡量短。

2. 設(shè)計應(yīng)盡量保持小面積，因?yàn)?PCB 上的電路對瞬態(tài)靜電電流形成的磁場更敏感。環(huán)路區(qū)域主要包括電源與地之間的環(huán)路和信號與地之間的環(huán)路。

3. 如果這些元器件在實(shí)際使用的生產(chǎn)過程中不需要直接安裝在印制板中，其其它的外表所要安裝的只有一個金屬外殼，一定首先要將其在金屬外殼內(nèi)部進(jìn)行自動接地按鈕設(shè)置，如：自動復(fù)位接地按鈕、晶振等元器件。

4. 如果外置板是雙層板，在使用中，電源線和地線要盡量靠近地線，以保證使用安全。對于DIP封裝的集成電路，要保證它們之間均勻分布布線和接地工藝引腳。

5. 必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)撵o電屏蔽設(shè)置。對干擾源、高頻電路、對設(shè)備使用過程中產(chǎn)生的靜電反應(yīng)比較敏感的電路都需要屏蔽，可以采用部分或全屏蔽進(jìn)行屏蔽，在屏蔽過程中保證屏蔽的完美，同時也具有良好的接地功能。屏蔽效能應(yīng)使用屏蔽效能來衡量。

6. 試驗(yàn)設(shè)計結(jié)果充分驗(yàn)證表明：在各種靜電干擾產(chǎn)生和充放電的工作過程中對其形成的靜電干擾信號脈沖函數(shù)能夠按照靜電產(chǎn)生的干擾指數(shù)濾波規(guī)律實(shí)時進(jìn)行自動調(diào)制，其在運(yùn)行的過程中含有大量的高頻分量。針對這種復(fù)雜情況，應(yīng)考慮使用高頻濾波器對由于電源和線路信號的高頻接收端和線路信號進(jìn)行高頻濾波消除設(shè)置，同時也可使用高頻耦合電容器對由于電源和信號地面之間振動產(chǎn)生的高頻耦合振動狀況信號進(jìn)行濾波消除。

三、防靜電防護(hù)設(shè)計

總結(jié)以往實(shí)驗(yàn)中接地設(shè)計的有效措施包括：

1.當(dāng)產(chǎn)生靜電時，電路中流動的電流很大。操作面板在使用時必須在容易觸及的部位安裝絕緣體或薄膜開關(guān)面板。對于需要使用金屬的零件，必須在金屬的外面加一層絕緣層，起到絕緣的作用，安裝時必須與內(nèi)部電路保持一定的距離。

2、應(yīng)在靜電電流流動的地方設(shè)置放電通道，以確保有效的電流傳輸。 設(shè)置時，金屬外殼需要外接插件，但金屬外殼與信號線的距離在部分比較近，金屬外殼產(chǎn)生的靜電極有可能被連接。通過信號線的內(nèi)部電路。因此，在控制干擾信號時，可以采用對地放電的方式將內(nèi)部靜電耗散到電容較大的外部設(shè)備上。

結(jié)束語

電子系統(tǒng)具有明顯的復(fù)雜性，因此在保護(hù)設(shè)計過程中，必須充分考慮系統(tǒng)的情況，根據(jù)敏感類型和保護(hù)要求進(jìn)行設(shè)計。它可以確保ESD保護(hù)并提高產(chǎn)品的性能有效性。

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