靜電放電分享

靜電放電是兩個具有不同電勢的物體靠近時，電荷會瞬間從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，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試方法，它們模擬了現(xiàn)實(shí)中兩種不同的靜電放電場景。

     接觸放電模擬的是放電體（如人的手指、金屬工具）直接接觸到被測設(shè)備金屬部件時的放電情況。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設(shè)備時，擊穿空氣而產(chǎn)生的放電。空氣放電有電弧的存在，在納秒級的時間內(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（電場耦合），當(dāng)ESD電弧發(fā)生時，在放電點(diǎn)和設(shè)備內(nèi)部電路之間會形成一個瞬態(tài)的、強(qiáng)度很高的電場。這個快速變化的電場會在放電點(diǎn)與附近的PCB走線、元器件引腳之間形成一個寄生電容。

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

      感性耦合（磁場耦合），ESD放電是一個極大的瞬態(tài)電流變化，這個變化的電流會產(chǎn)生一個強(qiáng)大的瞬態(tài)磁場。這個變化的磁場會穿過PCB上的任何環(huán)路（比如電源/地環(huán)路、長的信號返回路徑），在環(huán)路中感應(yīng)出電壓，感應(yīng)的電壓會疊加在正常的電源或信號上，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)直接對準(zhǔn)內(nèi)部敏感電路；對必要的開口（如散熱孔）進(jìn)行電磁屏蔽設(shè)計；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；電源和信號回路面積盡可能小，以減少感性耦合。