【導讀】我們都知道靜電不能被消除，只能被控制。本文將會(huì )給大家分享控制ESD的基本方法，從堵和導兩方面入手開(kāi)始了解，再進(jìn)一步舉例分析方法。
靜電不能被消除，只能被控制。
控制ESD的基本方法：
堵
從機構上做好靜電的防護，用絕緣的材料把PCB板密封在外殼內，不論有多少靜電都不能到釋放到PCB上。
導
有了ESD，迅速讓靜電導到PCB板的主GND上，可以消除一定能力的靜電。
對于金屬外殼接地的產(chǎn)品我來(lái)分析一下ESD問(wèn)題。
先來(lái)分析金屬外殼的整機系統的ESD的設計，參考如下結構：
1、靜電釋放于機殼，由于沒(méi)有理想的接地，會(huì )在機殼上建立電壓V。
電壓的幅度與接地線(xiàn)阻抗、機殼與大地的電容、機殼與內部電路的電容有關(guān)。
dv／dt也主要與電容有關(guān)。
2、系統地與機殼地分離的電子產(chǎn)品，內部電路也不會(huì )設計成與機殼連通，所以干擾進(jìn)入內部電路主要是耦合方式。通過(guò)耦合方式進(jìn)入電子產(chǎn)品內部的情況，與機殼上建立的dv／dt，接地線(xiàn)上建立的di／dt有關(guān)，與機殼上建立的電壓絕對值不直接相關(guān)。這也是大機箱的電子設備不易受干擾干擾的原因，對地電容比較大，不易建立較大的dV／dt和di／dt。
建立電壓的絕對值與絕緣強度不夠造成間隙放電有關(guān)。
3、如果耦合是干擾的主要路徑，我們可以采取一些措施，措施可以是很多不同的方法。一般來(lái)說(shuō)耦合路徑會(huì )比較多，有一些還不易察覺(jué)，直接采取阻斷耦合路徑的方法不易實(shí)現，除非通過(guò)結構分析、干擾分析發(fā)現了明確的結構問(wèn)題或者路徑。拉開(kāi)距離可以減小耦合電容，間隙襯墊聚四氟乙烯等材料也可以減小電容，從而減少耦合強度。
實(shí)際我有看到客戶(hù)的電子產(chǎn)品有這樣的問(wèn)題：
A．內部電路有連接線(xiàn)走線(xiàn)時(shí)直接貼住機殼了，這就會(huì )存在設計結構的問(wèn)題。
B．一根高阻抗的輸入線(xiàn)與一根本來(lái)沒(méi)有干擾的導線(xiàn)捆扎走線(xiàn)，而這個(gè)根本沒(méi)有干擾的導線(xiàn)有一段比較靠近機殼，這也會(huì )有耦合ESD的問(wèn)題。
4、或多或少總有一部分干擾經(jīng)耦合進(jìn)入內部電路，是否能處理好這些耦合進(jìn)來(lái)的干擾；系統接地是關(guān)鍵。
連續的、靠得住的系統接地，可以承載內部電路不受外部干擾，不管系統地是否實(shí)際接大地。參考上圖中的耦合路徑分析箭頭路徑分析。
在我進(jìn)行ESD的內部結構電路的PCB分析時(shí)，我們可以看到在IO線(xiàn)端口見(jiàn)到電阻電容的設計，這些電容可以把耦合過(guò)來(lái)的干擾導入系統地。
當干擾源阻抗比較低時(shí)，同時(shí)信號允許的情況下，可以串電阻或者磁珠改善。
注意：對于高頻電路，電容對干擾和有用信號同時(shí)起作用，所以不能用于高頻信號電路。但使用TVS器件時(shí)（較小的結電容）電壓高于信號電壓，基本對有用信號沒(méi)有影響。
有必要說(shuō)明一下：當信號電平為0時(shí)，從0電平開(kāi)始干擾信號就需要消耗能量給電容充電，適當電容量可以吸收掉干擾能量，使干擾電平達不到邏輯動(dòng)作電平，電子產(chǎn)品電路不受干擾。TVS在這個(gè)過(guò)程中基本不起作用，即便干擾電平已經(jīng)達到邏輯動(dòng)作電平。
很多時(shí)候由于干擾能量是吸收不完會(huì )穿過(guò)PCB，會(huì )通過(guò)CPU／MCU，如上圖中的箭頭所示路徑。
所以后面我再分析電子產(chǎn)品內部ESD的問(wèn)題設計時(shí)知道：一方面我們要規劃干擾在PCB上的路徑（注意這是在布板PCB板時(shí)需要提前規劃）；另一方面要盡量控制干擾幅度。
5、空氣放電主要是空間的輻射成分，已沒(méi)有明確的路徑，對于容性耦合情況，受擾部位會(huì )有較大面積以及較近的距離，不太容易識別路徑，所以從敏感部位入手比較容易。
實(shí)際的ESD都是非常高電壓的空氣放電模式，空間放電于接縫、插座、按鍵等。
相對接觸放電，空氣放電干擾情況要復雜很多。
最常見(jiàn)的是金屬殼與按鍵、顯示屏的縫隙；也很容易出現顯示的故障。
在對金屬殼體做接觸放電通過(guò)的前提下，需要對這些縫隙做空氣放電，可能出現干擾情況如：顯示閃爍、誤讀按鍵、機器重啟復位等。
我們要首先排除放電火花直接進(jìn)入電子產(chǎn)品或設備的情況，干擾過(guò)程相對簡(jiǎn)單，我們可以尋找一下放電怎么會(huì )繞過(guò)殼體。
處理也簡(jiǎn)單：縮小縫隙，內部電路控制好絕緣間距。
比較常見(jiàn)的是放電火花落在金屬殼體上出現干擾。
接觸與空氣放電于殼產(chǎn)生的干擾是不同的。
接觸放電于金屬殼體，產(chǎn)生比較大的di／dt，在結構件接地良好的情況下，僅有微弱的dv／dt?？諝夥烹娪诮饘贇んw，槍頭有較大dv／dt，槍前部高壓部分體積越大，這個(gè)dv／dt越強；這個(gè)dv／dt很可能超過(guò)接觸放電在接地不良金屬構件上產(chǎn)生的大的電壓V。
同時(shí)火花有較大的di／dt，也就是說(shuō)有突變電場(chǎng)與磁場(chǎng)。突變電場(chǎng)以近場(chǎng)容性耦合的方式從絕緣構件部位耦合到內部電路，突變磁場(chǎng)以近場(chǎng)感性耦合方式穿透絕緣件進(jìn)入內部電路。
我在進(jìn)行電子產(chǎn)品整機ESD設計時(shí)通常建議分三步走：
（1）防止外部電荷流入電路板而產(chǎn)生瞬態(tài)耦合干擾；
（2）防止外部磁場(chǎng)對電路板產(chǎn)生瞬態(tài)耦合干擾；
（3）防止靜電場(chǎng)產(chǎn)生的瞬態(tài)耦合干擾。
在發(fā)生 ESD 問(wèn)題時(shí)，解決方案有：
－ 改進(jìn)系統的接地設計（包括機箱機柜、控制面板、通信電纜連接）。
－ 改進(jìn)電路板的接地設計，對外接口 ESD 接地的設計。
－ 發(fā)現系統死機、復位或通信錯誤的根本原因，在PCB 板進(jìn)行相應信號處理和在軟件上進(jìn)行處理， 也是解決 ESD 問(wèn)題 的最好辦法，費用最低，但難度較大、較為耗時(shí)。
我再總結一下，對于電子產(chǎn)品／設備－整機級的堵和導
1、外殼和結構件：金屬以及可導電的電鍍材料等，屬于容易吸引和聚集靜電的材料；ESD要求很高的項目要盡可能避免使用這些材料。
2、必須使用導體材料時(shí)：結構上要事先預留有效而布局均勻的接地點(diǎn)；一般來(lái)說(shuō)，頂針或者金屬彈片的接地效果優(yōu)于導電泡棉和導電布。
3、無(wú)法做接地處理的例如電鍍側鍵等，需要重點(diǎn)在主板上做特別處理。包括：
（1）增加壓敏電阻、TVS或者電容等器件；
（2）預留GND管腳；
（3）板邊露銅吸引靜電放電；
4、外殼上的金屬件，距離器件和走線(xiàn)必須大于2．2mm以上距離。
5、堆疊上避免器件裸露于孔、縫邊；如果無(wú)法避免的話(huà)，則要在組裝上想辦法堵；常見(jiàn)的做法有粘貼高溫膠帶或者防靜電膠帶等阻隔；所有結構設計需要留有增加隔離片的空間。
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