新手在设计之初会把大量精力用于功能原理上的实现,并花费更多的时间电路原理上的可行性,老司机们则会把至少30%的时间用于安全规范、抗扰、抗干扰上的系统评估。
静电防护属于抗扰度方向的评估,系统级ESD设计所要做的事情是考虑采用不同的保护策略,以最大程度减少ESD耦合到系统中,其涉及到的关键因素包括:外壳结构、PCB设计、ESD接地路径、板载ESD器件、系统接线互连、软件设计等。
避免篇幅过长,我们将拆分成3-4个篇章来逐一解析!
各种外壳结构归类和相对的ESD干扰场景如下
情况1:外壳为导电材质,将产品内部电路板等完全包住在内部并良好接地。这种情况下ESD直接通过外壳导至地,对系统不会造成影响;
情况2:内部导电部件伸出外壳。这种情况下静电可以对系统进行直接放电,在设计时应让穿出外壳的导电块得到适当的屏蔽,同时通过良好接地,最大程度减少ESD耦合;
情况3:外壳存在缝隙或孔位,与内部部件存在间隙距离。这种情况下静电可以对系统进行间接放电,设计者容易忽视ESD所产生的电磁场可以通过外壳进入系统,这些电磁场可以耦合到内部电路或电线并通过系统传播。因此需要让外壳孔和外壳内部的电子设备之间有足够的间隙或隔离,最大程度减少耦合效应,同时内部电子设备良好接地;
情况4:产品带有线缆,穿过外壳与内部部件连接。这种情况下ESD可以向电缆上释放电弧,通过感应或辐射间接耦合到电缆中。因此可以使用金属箔或者编制屏蔽层屏蔽连接电缆,同时尽可能缩短电缆长度,在电缆入口使用瞬态抑制器件和滤波器。条件允许的情况下,将电缆进行接地处理。
情况5:外壳为非导电材质,将产品内部电路板等完全包住在内部并良好接地。这种情况下需留意靠近外壳的静电在放电时生产的电磁场,因此尽可能在非导电外壳和外壳内的电子设备之间保持足够的空气间隙,最大程度减少电磁场间接耦合到系统形成电磁噪声。