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产品设计中的ESD保护

(发布日期：2007-2-5 15:07:31) 来源：

静电放电产生的能量耦合到电路中去的方式共有三种，它们分别是：(1)直接传导；(2)容性耦合；(3)感性耦合。
直接传导指的是静电放电电流直接流过敏感电路的情况，这种方式往往对电路产生损坏。容性耦合与感性耦合则是指当对敏感电路附近的金属物体或者电缆放电时，放电产生的电磁场耦合到敏感电路中去的情况。
采用下面的几种方法可以保护系统或电路不受静电放电的干扰或损坏。
1．减小源头上的静电积累；
2．隔离产品，防止放电；
3．旁路敏感电路，为静电放电电流提供可选择的泄放路径；
4．对敏感电路实施屏蔽，使电路不受静电放电产生的电场的干扰或损坏；
5．保护敏感电路，使电路不受静电放电产生的磁场的干扰或损坏。
大多数已经发表的关于ESD问题的著作论述的是防止电荷积累和防止静电放电产生的各种方法（即上
边的第一项和第二项）。尽管在生产、运输、搬运过程中，这些方法能够保护系统免遭ESD损坏，但是却不能将这些措施强加到产品的使用者身上。
电路中感应的ESD效应可以划分为以下三类：(1)硬错误；(2)软错误；(3)短暂状态异常。硬错误是指已造成硬件的实际损坏，例如IC的毁坏；软错误对系统的正常运行有影响，但是并不会使系统产生物理上的损坏（例如存储位的改变和程序进入死循环）；短暂状态异常确实没有产生任何错误，但却可以明显感觉得到（例如CRT显示器上的雪花点、图像滚动和指示灯的瞬间闪烁等）。设计出来的电子产品与系统应当能够承受一定程度的静电放电而不遭损坏（硬错误），通常也不产生软错误。一般情况下，短暂状态异常是可以接受的。
若想使设计出来的设备不受ESD干扰，要做的第一步是防止直接放电电流流过静电敏感电路。隔离静电敏感电路或为静电放电电流提供可选择的泄放路径都可以达到这个目的。若是使用隔离方案，就必须保证隔离的彻底性，否则火花放电可能越过在隔离边界不连续处的气隙而影响内部敏感电路，例如计算机键盘按键之间的气隙。
为了阻止ESD电流直接进入敏感电路，系统所有暴露在外的金属部件都必须接地。由于放电电流泄放的路径依赖于产品的物理布局，所以系统的金属结构件的数量、安装位置以及它们的接地连接都非常重要。
保护的ESD接地最基本的原则就是在期望静电放电电流出现的地方低电感多点接地，而在不期望静电放电电流出现的地方单点接地。
若在设计中采用接地的金属机壳，那么它的机架就可以用于将放电电流短接到地。为了达到目的，机壳必须是电连续的，否则部分放电电流可能被迫流经内部电路。在活动连接点和固定连接点或其他类似的地方都必须提供良好的高频电连续性（多点连接）。对于一个接地不良或没有接地的系统而言，ESD电流的泄放路径错综复杂、无法预料，可能流经系统各个部件中的电容，也可能在系统与外界环境之间流动。

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