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產品設計中的ESD保護

(發布日期：2007-2-5 15:07:31) 來源：

靜電放電產生的能量耦合到電路中去的方式共有三種，它們分別是：(1)直接傳導；(2)容性耦合；(3)感性耦合。
直接傳導指的是靜電放電電流直接流過敏感電路的情況，這種方式往往對電路產生損壞。容性耦合與感性耦合則是指當對敏感電路附近的金屬物體或者電纜放電時，放電產生的電磁場耦合到敏感電路中去的情況。
采用下面的幾種方法可以保護系統或電路不受靜電放電的干擾或損壞。
1．減小源頭上的靜電積累；
2．隔離產品，防止放電；
3．旁路敏感電路，為靜電放電電流提供可選擇的泄放路徑；
4．對敏感電路實施屏蔽，使電路不受靜電放電產生的電場的干擾或損壞；
5．保護敏感電路，使電路不受靜電放電產生的磁場的干擾或損壞。
大多數已經發表的關于ESD問題的著作論述的是防止電荷積累和防止靜電放電產生的各種方法（即上
邊的第一項和第二項）。盡管在生產、運輸、搬運過程中，這些方法能夠保護系統免遭ESD損壞，但是卻不能將這些措施強加到產品的使用者身上。
電路中感應的ESD效應可以劃分為以下三類：(1)硬錯誤；(2)軟錯誤；(3)短暫狀態異常。硬錯誤是指已造成硬件的實際損壞，例如IC的毀壞；軟錯誤對系統的正常運行有影響，但是并不會使系統產生物理上的損壞（例如存儲位的改變和程序進入死循環）；短暫狀態異常確實沒有產生任何錯誤，但卻可以明顯感覺得到（例如CRT顯示器上的雪花點、圖像滾動和指示燈的瞬間閃爍等）。設計出來的電子產品與系統應當能夠承受一定程度的靜電放電而不遭損壞（硬錯誤），通常也不產生軟錯誤。一般情況下，短暫狀態異常是可以接受的。
若想使設計出來的設備不受ESD干擾，要做的第一步是防止直接放電電流流過靜電敏感電路。隔離靜電敏感電路或為靜電放電電流提供可選擇的泄放路徑都可以達到這個目的。若是使用隔離方案，就必須保證隔離的徹底性，否則火花放電可能越過在隔離邊界不連續處的氣隙而影響內部敏感電路，例如計算機鍵盤按鍵之間的氣隙。
為了阻止ESD電流直接進入敏感電路，系統所有暴露在外的金屬部件都必須接地。由于放電電流泄放的路徑依賴于產品的物理布局，所以系統的金屬結構件的數量、安裝位置以及它們的接地連接都非常重要。
保護的ESD接地最基本的原則就是在期望靜電放電電流出現的地方低電感多點接地，而在不期望靜電放電電流出現的地方單點接地。
若在設計中采用接地的金屬機殼，那么它的機架就可以用于將放電電流短接到地。為了達到目的，機殼必須是電連續的，否則部分放電電流可能被迫流經內部電路。在活動連接點和固定連接點或其他類似的地方都必須提供良好的高頻電連續性（多點連接）。對于一個接地不良或沒有接地的系統而言，ESD電流的泄放路徑錯綜復雜、無法預料，可能流經系統各個部件中的電容，也可能在系統與外界環境之間流動。

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