
一、探究ESD静电基本问题
随着现代半导体器件的不断发展,其工作电压越来越低,而对电磁骚扰的敏感程度却大大提高。ESD对于电路引起的干扰、对元器件、CMOS电路及接口电路造成的等问题日益受到关注。电子设备的ESD测试已成为电磁兼容性测试的一项重要内容,被写入标准和国际标准。
1.1 静电成因及其危害
静电是在两种介电系数不同的物质摩擦时,正负极性的电荷分别积累在两个物体上而形成的。当两个物体接触时,其中一个会被另一个吸引电子,形成不同的充电电位。对于而言,衣服与皮肤之间的摩擦产生的静电是带电的主要原因之一。静电源与其他物体接触时,依据电荷中和的机理存在着电荷流动,传送足够的电量以抵消电压。在高速电量传送过程中,会产生潜在的电压、电流以及电磁场,严重时会导致物体损坏。这就是静电放电。
1.2 数码产品的构造及其ESD问题
如今的数码产品功能强大,电路板却越来越小,集成度越来越高。并且都有或多或少的接口用于人机交互,这样就存在着静电放电的ESD问题。一般数码产品中需要进行ESD防护的部位包括:U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。ESD可能会造成产品工作异常、死机,甚至损坏并引发其他安全问题。
二、产品设计中的ESD问题解决与防护
对于进入数码产品的静电问题,解决与防护是关键。可以从产品的结构设计、PCB设计以及电路设计三个方面入手。
产品设计方面,“堵”和“疏”是主要的解决方法。“堵”是通过增加壳体的厚度或增加外壳到电路板之间的距离来避免或减少ESD的能量强度;而“疏”则是通过EMI油漆喷涂在壳体的,将其导在壳体上再与PCB的地连接,将静电从地导走。使用金属罩保护内部电路也是一个有效的方法。
在PCB设计中,需要注意布线的设计以及线距。特别是关于GND布线的设计,某些产品中ESD问题严重往往与PCB设计有关。为此,总结了PCB设计中应注意的要点,包括板边与其他布线之间的距离、GND与其他布线之间的距离等。
在产品电路设计方面,需要在端使用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,但这些器件普遍存在一些缺点。现在行业中普遍使用专业的“静电抑制器”来取代。“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。它最大特点是反应速度快、极间电容小、漏电流小,非常适合各种接口的防护。使用时应注意将其放置在需要保护的端口附近,到GND的连线尽可能短,所接GND的面积尽可能大。
三、案例分析
针对一些具体的智能手表案例进行分析。包括U接口外壳打ESD造成黑屏死机问题、屏幕朝下放接触静电后TP失效问题等。通过对问题的深入分析和实验验证,找到了问题的根源并给出了有效的解决方案。如:调整U接口的固定PIN以及GND PIN的连接方式、改善电池保护板的走线设计等等。这些问题都需要对ESD问题有深入的理解和有效的防护措施才能得以解决。
