靜電問題診斷思路和防護設(shè)計

隨著科技快速發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成度和自動化程度越來越高，產(chǎn)品的ESD敏感度也越高，產(chǎn)品防ESD干擾的能力已經(jīng)成為電子產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個重要因素。為此越來越多的產(chǎn)品標準將ESD 抗擾度驗驗作為推薦或強制性內(nèi)容納入其中。

產(chǎn)品在測試靜電不通過需要整改是工程師遇到很棘手的問題。ASIM深耕于EMC保護器件行業(yè)數(shù)載，有標準EMC室驗室、專業(yè)的技術(shù)團隊。淺談ESD問題常用診斷思路、關(guān)鍵電路設(shè)計、防護器件選型如下：

診斷思路：

現(xiàn)象分析法：靜電放電過程中仔細觀察出現(xiàn)異常狀態(tài)時的現(xiàn)象，結(jié)合產(chǎn)品功能特性、電路設(shè)計快速鎖定問題范圍；

排除分析法：將靜電放電槍放電電壓由低到高調(diào)節(jié)，使用靜電放電槍尖頭直接對芯片引腳接觸放電，找出靜電放電過程中出現(xiàn)相同異?，F(xiàn)象的引腳；

路徑分析法：根據(jù)產(chǎn)品的整機結(jié)構(gòu)設(shè)計、布局設(shè)計、PCB布局線路設(shè)計、接地設(shè)計方案，分析靜電電流泄放路徑是否存在抗靜電能力較弱的元件或者敏感信號布線。

PCB關(guān)鍵電路設(shè)計：

1. 接口信號線防護器件（ESD/TVS）放在信號的主干路并靠近接口布置；

2. 主芯片、復(fù)位芯片、IC電源模塊等敏感器件或模塊遠離機箱接口或縫隙；

3. 敏感信號線設(shè)計好信號回流路徑，增加防護器件，保證環(huán)路min?。?

4. 地線盡量保證完整性，打無規(guī)則過孔，使地的阻抗最A(yù)小。

TVS/ESD防護器件選擇：

              1、確定被保護電路的max voltage 或連續(xù)工作電壓；

              2、TVS的額定反向截止電壓（Vrwm）應(yīng)≥被保護電路的max work voltage；

              3、TVS的VC應(yīng)該要＜被保護電路的損壞電壓；

              4、對于數(shù)據(jù)通訊信號線增加保護器械，還須注意選取具合適的寄生電容(Cj)參數(shù)，通常信號頻率≥10MHz時，Cj＜100pF; 信號頻率≥1GHz時，Cj＜3p。

共模電感是怎么解決ESD問題的

共模電感在很多工程師的映象中，其主要是用來解決EMI問題；其實根據(jù)共模電感的特性，對共模信號有很好的抑制效果，對差模信號幾乎無影響。但是對于ESD來說，其也是一種共模干擾，所以在合適的位置用上共模，對ESD很能起到很好的作用。

靜電放電的過程中，還會伴隨著瞬態(tài)磁場，走線過長的線路或連接線就很容易成為天線，吸收外界的電磁波，從而在線路上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進而影響電路的正常工作狀態(tài)。

ESD放電過程中形成的電流，以共模電流為主。對于減小共模電流有效的方法之一就是采用共模電感，共模電感對于阻塞和消耗共模電流是有效的，為了提供一個阻抗給共模電流，導(dǎo)線必須纏繞在磁芯上，這樣共模電流發(fā)生的磁通在磁芯中疊加，而差模電流發(fā)生的磁通在磁芯中相減。所以由于差模電流發(fā)生的磁通量在磁芯中相互抵消，所以共模電感（理想情況下）不會影響有用信號。

原來共模電感是這樣解決EMI問題的

共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，原理是流過共模電流時磁環(huán)中的磁通相互疊加，從而具有相當(dāng)大的電感量，對共模電流起到抑制作用，而當(dāng)兩線圈流過差模電流時，磁環(huán)中的磁通相互抵消，幾乎沒有電感量，所以差模電流可以無衰減地通過；因此共模扼流圈在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號，而對線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘枱o影響。

在電子產(chǎn)品板卡設(shè)計上，共模電感起EMI濾波的作用，用于抑制高速信號線產(chǎn)生的電磁波向外輻射，那么具體怎么設(shè)計電路了，以HDMI為例請參考如下圖：

為什么能防EMI?要弄清楚這點，我們需要從它的結(jié)構(gòu)開始分析；共模電感的濾波電路，La和Lb就是共模電感線圈，這兩個線圈繞在同一鐵芯上，匝數(shù)和相位都相同(繞制反向)，當(dāng)電路中的正常電流流經(jīng)共模扼流圈時，電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當(dāng)有共模電流流經(jīng)線圈時，由于共模電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗，產(chǎn)生較強的阻尼效果，以此衰減共模電流，達到濾波的目的。

共模電感選型時需要注意的是所需濾波的頻段，共模阻抗越大越好，因此我們在選擇共模扼流圈時需要看器件資料，主要根據(jù)阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時注意考慮差模阻抗對信號的影響，主要關(guān)注差模阻抗，特別注意高速端口。需要指出，當(dāng)額定電流較大時，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。