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电子产品做防静电ESD设计-ESD产品设计-右手工业设计
2022-12-13
静电是一种客观存在的自然现象,产生的方式多种,如接触、摩擦、电器间感应等。静电的特性是长时间积聚、高电压、低电量、小电流和作用时间短的特性。

人体本身的动作或与其他物体的接触,别离,摩擦或感应等要素,能够产生几千伏以至上万伏的静电。静电在多个范畴形成严重危害。

摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害,常常形成电子电器产品运转不稳定,以至损坏。

消费过程中静电防护的主要措施为静电泄露、耗散、中和、增湿、屏蔽与接地。

人体静电防护系统主要有防静电伎俩带、脚腕带、脚跟带、工作服、鞋袜、帽、手套或指套等组成,具有静电泄放,中和与屏蔽等功用。

ESD 维护对高密度、小型化和具有复杂功用的电子设备而言具有重要意义。

ESD 静电维护有两种元件:

一种是硅基资料的,一种是高分子资料的。

硅基资料的原理和 TVS 管是差不多,先钳位高电压,然后放电泄地。

ESD 静电二极管、ESD 静电维护器、ESD 维护二极管等维护器件最关键的参考系数有以下三点:

1)快速响应时间

2)低箝位电压

3)高电漂泊涌接受才能

ESD 二极管原理:

将 ESD 静电维护二极管并联于电路中,当电路正常工作时,它处于截止状态(高阻态),不影响线路正常工作,当电路呈现异常过压并到达其击穿电压时,它疾速由高阻态变为低阻态,给霎时电流提供低阻抗导通途径,同时把异常高压箝制在一个平安程度之内,从而维护被维护 IC 或线路;当异常过压消逝,其恢复至高阻态,电路正常工作。

当电压超越二极管的导通电压的时分,就导通接地放掉,正常信号普通达不到导通电压,不会到达该电压,所以不会经过地损耗,而 ESD 电压普通超越导通电压,从而会使二极管导通,ESD 电压经过接地放掉,避免打坏仪器内部。

关于实践电子产品来说,静电危害极大,如何停止防护呢?
在停止静电防护设计时通常分为三步:

1)避免外部电荷流入电路板而产生损坏;

2)避免外部磁场对电路板产生损坏;

3)避免静电场产生的危害。

在实践电路设计中我们会采用以下几种办法的一种或几种来停止静电维护:

1)ESD 二极管来停止静电维护:

这也是设计中经常用到的一种办法,典型做法就是在关键信号线并联一雪崩二极管到地。

该法是应用 ESD 二极管快速响应并且具有稳定钳位的才能,能够在较短的时间内耗费汇集的高电压进而维护电路板。

2)运用高压电容停止电路维护

该做法通常将耐压至少为 1.5KV 的陶瓷电容放置在 I/O 衔接器或者关键信号的位置,同时衔接线尽可能的短,以便减小衔接线的感抗。

若采用了耐压低的电容,会惹起电容的损坏而失去维护的作用。

3)采用铁氧磁珠停止电路维护

铁氧磁珠能够很好的衰减 ESD 电流,并且还能抑止辐射。

当面临着两方面问题时,一个铁氧磁珠会时一个很不错的选择。

4)火花间隙法

在铜皮构成的微带线层运用尖端互相对准的三角铜皮构成,三角铜皮一端衔接在信号线,另一个三角铜皮衔接地。

当有静电时会产生尖端放电进而耗费电能。

5)采用 LC 滤波器的办法停止维护电路

LC 组成的滤波器能够有效的减小高频静电进入电路。

电感的感抗特性能很好的抑止高频 ESD 进入电路,而电容有分流了 ESD 的高频能量到地。

同时,该类型的滤波器还能够世故信号边缘而较小 RF 效应,性能方面在信号完好性方面又有了进一步的进步。

6)多层板停止 ESD 防护

多层板也是一种有效避免 ESD 的一种手腕。

在多层板中,由于有了一个完好的地平面靠近走线,这样能够使 ESD 愈加快捷的耦合到低阻抗平面上,进而维护关键信号的作用。

7)电路板外围留维护带的办法维护法

这种办法通常是在电路板四周画出不加组焊层的走线。

在条件允许的状况下将该走线衔接至外壳,同时要留意该走线不能构成一个封锁的环,以免构成环形天线而引入更大的费事。

8)采用有钳位二极管的 CMOS 器件或者 TTL 器件停止电路的维护

这种办法是应用了隔离的原理停止电路板的维护,由于这些器件有了钳位二极管的维护,在实践电路设计中减小了设计的复杂度。

9)多采用去耦电容

这些去耦电容要有低的 ESL 和 ESR 数值,关于低频的 ESD 来说,去耦电容减小了环路的面积,由于其 ESL 的作用使电解质作用削弱,能够更好的滤除高频能量。

总之,ESD 固然危害宏大,但是,只要维护好电路上电源和信号线,那么就能有效的避免 ESD 的电流流入 PCB 中,一个板子的良好接地才是霸道。

以采用 TVS 二极管避免 ESD 为例:

最小击穿电压和击穿电流、最大反向漏电流和额定反向关断电压等参数对电路的影响及选择原则,并针对便携消费电子设备、机顶盒、以及个人电脑中的视频线路维护、USB 维护和 RJ-45 接口等。

随着挪动产品、打印机、PC,DVD、机顶盒(STB)等产品的疾速开展,消费者正请求越来越先进的性能。

半导体组件日益趋向小型化、高密度和功用复杂化,特别是像时髦消费电子和便携式产品等对主板面积请求严厉的应用很容易遭到静电放电的影响。

一些采用了深亚微米工艺和甚精密线宽布线的复杂半导体功用电路,对电路瞬变过程的影响愈加敏感,将招致上述的问题愈加激化。

TVS 二极管防护 ESD 原理:

电路维护元件的选择应依据所要维护的布线状况、可用的电路板空间以及被维护电路的电特性来决议。

此外,理解维护元件的特性学问也十分必要,需求思索的重要要素之一是器件的箝位电压。

所谓箝位电压是在 ESD 器件里跨在瞬变电压消弭器(TVS)上的电压,它是被维护 IC 的应变电压。

由于应用先进工艺技术制造的 IC 电路里氧化层比拟薄,栅极氧化层更易遭到损伤。

这意味着较高的箝位电压将在被维护 IC 器件上产生较高的应变电压,并且增加了失效的概率。

很多维护元件都被设计成可吸收大量的能量,由于元件构造或设计上的缘由也招致其具有很高的箝位电压。

由于变阻器的箝位电压太高,他们不可以提供有效的 ESD 维护。

此外,由于变阻器的高电容他们也不能给高速数据线路提供维护。

TVS 二极管正是为处理此问题而产生的,它已成为维护便携电子设备的关键性技术。

TVS 二极管是特地设计用于吸收 ESD 能量并且维护系统免遭 ESD 损伤的固态元件。

假如应用得当,TVS 二极管将限制跨在被维护器件上的电压刚好高过额定工作电压,但是却远低于毁坏阈值电压。

值得留意的是,不论选择怎样的 TVS 器件,它们在电路板上的规划十分重要。

TVS 规划前的导线长度应该减到最小,由于快速(0.7ns)ESD 脉冲可能产生招致 TVS 维护才能降落的额外电压。

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