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产品设计中的ESD防静电知识
信息来源：上海七序德乳胶厂　发布人：admin　更新时间：2012-03-06
 
    1 产品的结构设计

  • 如果将释放的静电看成是洪水的话，那么主要的解决方法与治水类似，就是“堵 ”和“疏”。如果我们设计的产品有一个理想的壳体是密不透风的，静电也就无 从而入，当然不会有静电问题了。但实际的壳体在合盖处常有缝隙，而且许多还 有金属的装饰片，所以一定要加以注意。
  • 其一，用“堵”的方法。尽量增加壳体的厚离，即增加外壳到电路板之间的距离 ，或者通过一些等效方法增加壳体气隙的距离，这样可以避免或者大大减少ESD的 能量强度。 通过结构的改进，可以增大外壳到内部电路之间气隙的距离从而使ESD的能量大大 减弱。根据经验，8kV的ESD在经过4mm的距离后能量一般衰减为零。
  • 其二，用“疏”的方法，可以用EMI油漆喷涂在壳体的内侧。EMI油漆是导电的， 可以看成是一个金属的屏蔽层，这样可以将静电导在壳体上；再将壳体与PCB （Printed Circuit Board）的地连接，将静电从地导走。这样处理的方法除了可 以防止静电，还能有效抑制EMI的干扰。如果有足够的空间，还可以用一个金属屏 蔽罩将其中的电路保护起来，金属屏蔽罩再连接PCB的GND。
  • 总之，ESD设计壳体上需要注意很多地方，首先是尽量不让ESD进入壳体内部，最 大限度地减弱其进入壳体的能量。对于进入壳体内部的ESD尽量将其从GND导走， 不要让其危害电路的其它部分。壳体上的金属装饰物使用时一定要小心，因为很 可能带来意想不到的结果，需要特别注意。

    2 产品的PCB设计


  • 现在产品的PCB（Printed Circuit Board）都是高密度板，通常为4层板。随着密 度的增加，趋势是使用6层板，其设计一直都需要考虑性能与面积的平衡。一方面 ，越大的空间可以有更多的空间摆放元器件，同时，走线的线宽和线距越宽，对 于EMI、音频、ESD等各方面性能都有好处。另一方面，数码产品设计的小巧又是 趋势与需要。所以，设计时需要找到平衡点。就ESD问题而言，设计上需要注意的 地方很多，尤其是关于GND布线的设计以及线距，很有讲究。有些产品中ESD存在 很大的问题，一直找不到原因，通过反复研究与实验，发现是PCB设计中的出现的 问题。

    为此，这里总结了PCB设计中应该注意的要点：

  • (1)PCB板边（包括通孔Via边界）与其它布线之间的距离应大于0.3mm；
  • (2)PCB的板边最好全部用GND走线包围；
  • (3)GND与其它布线之间的距离保持在0.2mm～0.3mm；
  • (4)Vbat与其它布线之间的距离保持在0.2mm～0.3mm;
  • (5)重要的线如Reset、Clock等与其它布线之间的距离应大于0.3mm;
  • (6)大功率的线与其它布线之间的距离保持在0.2mm～0.3mm；
  • (7)不同层的GND之间应有尽可能多的通孔（VIa）相连；
  • (8)在最后的铺地时应尽量避免尖角，有尖角应尽量使其平滑。

    3 产品的电路设计

  • 在壳体和PCB的设计中，对ESD问题加以注意之后，ESD还会不可避免地进入到产品 的内部电路中，尤其是以下一些端口：USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线 接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口，这 些端口很可能将人体的静电引入内部电路中。所以，需要在这些端口中使用ESD防 护器件。
  • 以往主要使用的静电防护器件是压敏电阻和TVS器件，但这些器件普遍的缺点是响 应速度太慢，放电电压不够精确，极间电容大，寿命短，电性能会因多次使用而 变差。所以目前行业中普遍使用专业的“静电抑制器”来取代以往的静电防护器 件 。“静电抑制器”是专业解决静电问题的产品，其内部构造和工作原理比其他 产品更具科学性和专业性。它由Polymer高分子材料制成，内部菱形分子以规则离 散状排列，当静电电压超过该器件的触发电压时，内部分子迅速产生尖端对尖端 的放电，将静电在瞬间泄放到地。它最大特点是反应速度快（0.5ns～1ns）、非 常低的极间电容（0.05pf～3pf），很小的漏电流（1μA），非常适合各种接口的 防护。

    因为静电抑制器具有体积小（0603、0402）、无极性、反应速度快等诸多优点， 现在的设计中使用静电抑制器作为防护器件的比例越来越多，在使用时应注意以 下几点：
  • 1、将该器件尽量放置在需要保护的端口附近；
  • 2、到GND的连线尽可能短;
  • 3、所接GND的面积尽可能大。

    ESD 的问题是众多重要问题之一。在不同的电子设备中有不同的方式来避免对电 路的危害。由于现在的数码产品体积小、密度大，在 ESD 的防护上有独到的特点 。通过大量的静电测试实验证明，采用本文的设计方法处理，将一个原本± 2kV 放电就会死机的产品加以保护和改进，在± 8kV 的静电放电情况下依然可以稳定 工作，起到了很好的静电防护效果。随着电子设备使用的日益广泛， ESD 设计是 每一个结构设计工程师和电子设计工程师需要重点关心的问题，通过不断总结与 学习， ESD 问题将不再是一个难题！


 
 

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