ESD靜電是一種非常熟悉的自然現(xiàn)象。靜電的許多功能已應(yīng)用于軍事或民用產(chǎn)品，如靜電除塵.靜電噴涂.靜電分離.靜電復(fù)印等。然而，靜電放電ESD（Electro-StaTIcDischarge）然而，它已成為電子產(chǎn)品和設(shè)備的危險(xiǎn)，導(dǎo)致電子產(chǎn)品和設(shè)備的功能紊亂，甚至部件損壞?，F(xiàn)代半導(dǎo)體器件的規(guī)模越來越大，工作電壓越來越低，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件對(duì)外部電磁干擾的敏感性大大提高。ESD干擾電路.對(duì)元器件.CMOS越來越多的人關(guān)注電路和接口電路造成的損壞。電子設(shè)備ESD作為電磁兼容性測(cè)試的重要內(nèi)容，也開始寫入國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)。

1.靜電成因及其危害

靜電是當(dāng)兩種不同介電系數(shù)的物質(zhì)摩擦?xí)r，在兩個(gè)特殊物體上積累正極和負(fù)極電荷。當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，其中一個(gè)傾向于吸引另一個(gè)電子，因此它們會(huì)形成不同的充電電位。就人體而言，衣服和皮膚之間摩擦的靜電是人體充電的主要原因之一。

當(dāng)靜電源與其他物體接觸時(shí)，根據(jù)電荷中和的機(jī)制存在電荷流，并傳輸足夠的電源以抵消電壓。在高速功率傳輸過程中，會(huì)產(chǎn)生潛在的損壞電壓.當(dāng)電流和電磁場嚴(yán)重時(shí)，會(huì)破壞物體，即靜電放電。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，靜電放電是由于不同靜電電位的特征相互接近或直接接觸而引起的電荷轉(zhuǎn)移（GB/T465-1995)ESD表示。ESD會(huì)造成嚴(yán)重的電子設(shè)備損壞或操作異常。

靜電對(duì)設(shè)備造成的損壞有兩種：顯性損傷和隱性損傷。當(dāng)時(shí)看不到隱性損壞，但設(shè)備變得更加脆弱，壓力過大.在高溫等條件下容易損壞。ESD有兩種主要的破壞機(jī)制：ESD設(shè)備的熱失效是由電流產(chǎn)生的熱引起的；ESD感應(yīng)過高的電壓導(dǎo)致絕緣擊穿。一臺(tái)設(shè)備可能同時(shí)發(fā)生兩種損例如，絕緣擊穿可能會(huì)刺激大電流，進(jìn)而導(dǎo)致熱失效。

除了容易造成電路損壞外，靜電放電也很容易干擾電子電路。有兩種方法可以干擾電子電路。一種是傳導(dǎo)干擾，另一種是輻射干擾。

2.數(shù)字產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及其ESD問題

現(xiàn)在各種數(shù)字產(chǎn)品的功能越來越強(qiáng)大，但是電路板越來越小，集成度越來越高。并且在人機(jī)交互中或多或少都裝了一些接口，因此存在靜電放電ESD問題。一般數(shù)字產(chǎn)品需要進(jìn)行ESD保護(hù)部位有：USB接口.HDMI口.IEEE1394接口.天線接口.VGA接口.DVI接口.按鍵電路.SIM卡.耳機(jī)和其他類型的數(shù)據(jù)傳輸接口。

ESD可能導(dǎo)致產(chǎn)品工作異常.崩潰，甚至損壞，導(dǎo)致其他安全問題。因此，在產(chǎn)品上市之前，國內(nèi)或國外檢測(cè)部門都要求進(jìn)行檢測(cè)ESD測(cè)試其他浪涌沖擊。接觸放電需要實(shí)現(xiàn)±8kV，需要實(shí)現(xiàn)空氣放電±15kV，這就對(duì)ESD對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

3.數(shù)碼產(chǎn)品ESD解決問題和保護(hù)

3.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如果將釋放的靜電視為洪水，主要的解決方案類似于治水，即“堵”和“疏”。如果我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品有一個(gè)理想的外殼是密閉的，靜電就不會(huì)進(jìn)入，當(dāng)然也不會(huì)有靜電問題。但是實(shí)際的外殼在封面上經(jīng)常有縫隙，而且很多都有金屬裝飾件，所以一定要注意。

其一，用“疏”可以使用的方法EMI外殼內(nèi)部噴漆。EMI油漆是導(dǎo)電的，可以看作是金屬屏蔽層，可以在外殼上引導(dǎo)靜電；然后把外殼和PCB（PrintedCircuitBoard）地面連接，從地面引導(dǎo)靜電。這種處理方法不僅可以防止靜電，還能有效抑制靜電EMI干擾。如果有足夠的空間，也可以使用金屬屏蔽來保護(hù)電路，然后連接金屬屏蔽PCB的GND。

其二，用“堵”方法。盡量增加外殼的厚度，即增加外殼與電路板之間的距離，或通過一些等效的方法增加外殼的氣隙距離，從而避免或大大降低ESD能量強(qiáng)度。

通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，可以增加外殼與內(nèi)部電路之間的氣隙距離ESD能量大大削弱。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，8kV的ESD在經(jīng)過4mm能量衰減一般為零。

總之，ESD在設(shè)計(jì)外殼時(shí)，需要注意很多地方。首先，盡量不要讓ESD進(jìn)入外殼內(nèi)部，以盡量減少進(jìn)入外殼的能量。對(duì)于進(jìn)入外殼內(nèi)部的人ESD盡量將其從GND引導(dǎo)，不要讓它傷害電路的其他部分。使用外殼上的金屬裝飾時(shí)要小心，因?yàn)樗赡軙?huì)帶來意想不到的結(jié)果，需要特別注意。

3.2產(chǎn)品的PCB設(shè)計(jì)

現(xiàn)在產(chǎn)品的PCB（PrintedCircuitBoard）它們都是高密度板，通常是四層板。隨著密度的增加，趨勢(shì)是使用六層板，其設(shè)計(jì)始終需要考慮性能和面積之間的平衡。一方面，空間越大，放置組件的空間就越大。同時(shí)，線路寬度和線路距離越寬EMI.音頻.ESD性能等各方面都有好的。另一方面，數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)的緊湊性是趨勢(shì)和需求。因此，在設(shè)計(jì)中需要找到一個(gè)平衡點(diǎn)。ESD就問題而言，設(shè)計(jì)中有很多地方需要注意，尤其是GND布線和線距的設(shè)計(jì)非常講究。在一些產(chǎn)品中，ESD有很大的問題，我們一直找不到原因。通過反復(fù)的研究和實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)這是真的PCB設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題。為此，這里總結(jié)PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的要點(diǎn)：

(1)大功率線與其他布線之間的距離保持在0.2mm～0.3mm；

(2)PCB板邊(包括通孔Via與其他布線的距離應(yīng)大于0.3mm；

(3)GND與其他布線的距離保持在0.2mm～0.3mm；

(4)PCB最好全部使用板邊GND走線包圍；

(5)最后鋪地時(shí)盡量避免尖角，有尖角時(shí)盡量使其光滑；

(6)Vbat與其他布線的距離保持在0.2mm～0.3mm;

(7)重要線Reset.Clock與其他布線的距離應(yīng)大于0.3mm;

(8)不同層GND應(yīng)該有盡可能多的通孔（VIa）相連；

3.3產(chǎn)品的電路設(shè)計(jì)

在殼體和PCB在設(shè)計(jì)上，是的ESD注意到問題后，ESD不可避免地會(huì)進(jìn)入產(chǎn)品的內(nèi)部電路，特別是以下端口：USB接口.HDMI接口.IEEE1394接口.天線接口.VGA接口.DVI接口.按鍵電路.SIM卡.耳機(jī)和其他類型的數(shù)據(jù)傳輸接口可能會(huì)將靜電引入內(nèi)部電路。因此，需要在這些端口中使用ESD防護(hù)器件。

壓敏電阻和壓敏電阻是過去主要使用的靜電保護(hù)裝置TVS設(shè)備，但這些設(shè)備的一般缺點(diǎn)是響應(yīng)速度太慢，放電電壓不夠準(zhǔn)確，極間電容大，使用壽命短，由于多次使用，電氣性能會(huì)變得更差。因此，專業(yè)人士被廣泛應(yīng)用于行業(yè)“靜電抑制器”取代以前的靜電保護(hù)裝置?！办o電抑制器”它是一種專門解決靜電問題的產(chǎn)品，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理比其他產(chǎn)品更科學(xué)和專業(yè)。它來自于Polymer由聚合物材料制成，內(nèi)部菱形分子呈規(guī)則離散排列。當(dāng)靜電電壓超過設(shè)備的觸發(fā)電壓時(shí)，內(nèi)部分子迅速產(chǎn)生尖端到尖端的放電，并在瞬間將靜電放電到地面。它最大的特點(diǎn)是反應(yīng)速度快(0.5ns～1ns）.非常低的極間電容(0.05pf～3pf），非常小的泄漏電流(1μA），非常適合各種接口的保護(hù)。

因?yàn)殪o電抑制器體積小(0603.0402）.無極性.反應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前設(shè)計(jì)中使用靜電抑制器作為保護(hù)裝置的比例越來越多，在使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）到GND盡可能短的連接；

（2）所接GND盡可能大的面積；

（3）盡設(shè)備盡可能靠近需要保護(hù)的端口；

ESD這個(gè)問題是許多重要的問題之一。不同的電子設(shè)備有不同的方法來避免對(duì)電路的傷害。由于目前的數(shù)字產(chǎn)品體積小，密度大，在ESD它在保護(hù)方面具有獨(dú)特的特點(diǎn)。通過大量的靜電測(cè)試實(shí)驗(yàn)證明，采用本文的設(shè)計(jì)方法處理處理一個(gè)原始的±2kV放電將導(dǎo)致死亡的產(chǎn)品得到保護(hù)和改進(jìn)±8kV靜電放電仍能穩(wěn)定工作，具有良好的靜電保護(hù)效果。隨著電子設(shè)備的日益廣泛使用，ESD通過不斷的總結(jié)和學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)是每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師和電子設(shè)計(jì)工程師需要關(guān)注的關(guān)鍵問題，ESD這個(gè)問題將不再是一個(gè)難題！