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    靜電放電(ESD)保護
    作者:  日期:2017-08-11  瀏覽次數:2367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的互相摩擦,通過正負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,當摩擦產生電壓后,就會出現ESD問題。對于電子元器件來說,靜電能量是不能忽視的,它可以擊穿半導體元件,從而破壞電子電路。
           通常ESD通過兩種主要方式產生EMC問題:即傳導方式和輻射干擾方式。
           (1)傳導方式。靜電放電電流直接流過電路中,因為ESD產生很高的電壓,如果進入到半導體,就可能產生誤操作,并且很容易破壞半導體器件,現代半導體元器件的內部絕緣常常會在幾十伏電壓下擊穿并且永久短路,這是一個很嚴重的ESD問題,日常生活中這個問題是普遍存在的。
           (2)輻射干擾。當靜電放電時(可用靜電放電測試儀模擬測試),產生的火花電壓會產生輻射磁場和電場。磁場能夠在附近電路的各個信號環路中感應出噪聲電壓。由于在很短時間內產生了較大的靜電電流,所以在信號環路中產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。
           在電路中,因為人體靜電產生的ESD問題是最常見的。干燥氣候環境下人體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、濾波等方式來保護產品。
           二、靜電放電保護設計及措施
           1、減少ESD影響的設計原則
           有很多辦法減小ESD產生的EMI影響:完全阻止ESD的產生,阻止EMI耦合到電路或設備以及通過設計工藝增加設備固有的抗騷擾性。
           在一個環境中控制ESD而完全阻止ESD的產生是有可能實現的。但是對于場中的設備,必須通過設計工藝來增強系統的抗騷擾性。常用的設計方法是在設備危險點,例如輸入端和地之間設置保護電路,這些電路僅僅在ESD感應電壓超過限值時發揮作用。它們提供低阻抗的切換通道,系統存儲的電荷可以由這些通道安全地流入地。保護電路可以包括多個電流分流單元。
           2、減小ESD影響的附加保護措施
           電路的設計中應考慮到不允許出現無限制的等待或截止狀態。
           1)設備中不用的輸入端不允許處于不連接或懸浮狀態。
           2)濾波器阻止ESD耦合到設備。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盡可能接近輸入端。
           3)在PCB設計在提高系統的ESD抗騷擾特性中起著重要的作用,PCB上的走線是ESD產生EMI的發射天線。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,當元器件沒有均勻的遍布一塊大板的整個區域時,共模耦合得到了增強,使用多層板或地線網格減小耦合,也能抑制共模輻射噪聲。
           4)外殼設計是另一個阻止ESD輻射及傳導耦合的關鍵。
           5)一個正確設計的電纜保護系統可能是提高系統非敏感性的關鍵。作為大多數系統中最大的天線,輸入輸出電纜特別易于被EMI感應出大的電壓或電流。從另一方面,電纜提供低阻抗通道,如果屏蔽電纜同機殼地可靠的連接,可避免傳導耦合,為減少輻射EMI耦合到電纜,線長和回路面積要減小,應抑制共模耦合并且使用金屬網屏蔽。
           6)除了硬件措施外,軟件EMI方案也是減少系統鎖定等嚴重失常的有效方法。
    ESD產生的電磁場能量會導致設備運行失常甚至損壞,電磁噪聲EMI通過傳導或輻射方式影響電子設備,耦合到一個設備中集成電路上的能量與峰值電場以及電場的轉化產物成比例。
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