ESD干扰机理

ESD干扰电流其实是一种共模电流，因为ESD电压总是以参考接地板为基准的。如空击穿放电电弧及放电时产生的高频电磁场而引起与产品电路之间的耦合。(ESD放电辐射场产生的空间耦合)。除此之外，还必须了解以下所描述的内容。ESD空气击穿放电又是如何发生的?ESD产生的扰又是如何进入电子设备的呢?这是因为一个充电的导体(ESD测试中的静电枪)接近另一个导体时，两个导体之间会建立一个很强的电场，产生由电场引起的击穿。两个导体之间的电压超过它们之间空气和绝缘介质的击穿电压时，就会产生空气放电，空气放电伴随着电弧。在1~10ns的时间里，ESD电流会达到几十安培，有时甚至会超过100A。ESD电弧将一直维持直到两个导体接触短路或者电流低到不能维持电弧为止。ESD发生后，还继续通过五种耦合途径进入电子设备：
(1)初始的电场能容性耦合到表面积较大的网络上，并在离ESD电弧100mm 处产生高达4000V/m的高压。
(2)电弧注入的电荷/电流可以产生以下的损坏和故障。
a.穿透元器件内部薄的绝缘层，损毁MOSFET和CMOS元器件的栅极。b.CMOS元器件中的触发器锁死。c.短路反偏的PN结。d.短路正向偏置的PN结。e.熔化有源元器件内部的焊接线或铝线。
(3)电流会导致导体上产生电压脉冲，这些导体可能是电源、地或信号线通过容性串扰和感性串扰，这些电压脉冲将进入与这些网络相连的每一个元器件。
(4)电弧会产生一个频率范围为1~500MHz的强磁场，并感性耦合到邻近的每一个布线环路，在离ESD电弧100mm远的地方产生高达数十Am的感应态电流，同时电流流过带有阻抗的信号线、地线，产生感应电压。
(5)ESD电弧辐射的电磁场会耦合到长的信号线上，这些信号线起到接收天线的作用。

不合格的主要原因 静电放电对设备的影响有下面几种

①静电放电电流直接流进电路，对电路形成干扰，甚至导致电路硬件损坏，如下两幅图所示。由于电流总是选择阻抗最小的路径，因此，当电路的某个部分与静电放电路径相连时，就为静电放电电流提供了一条潜在的路径。图A的情况是，机壳上的静电放电电流通过信号线上共模滤波电容进入电路。

图B的情况是，机壳上的静电放电电流通过信号地与机壳地的连接线进入电路。

当机壳上有缝隙或较大的孔洞时，由于机壳的阻抗较大，就会发生这种情况，图A所示为控制干扰发射的措施。

②)静电放电电流通过分布电容耦合进电路，如图C所示，由于静电放电电流的频率很高，可达1GHz以上，因此空间的分布电容会成为良好的导通路径。当机箱上有孔洞、缝隙等形成的较高阻抗时电流就会另辟路径,这时的实际电流路径很难预测。

③静电放电电流在传输过程中，通过与邻近的电路之间的电感和电容耦合方式耦合进电路，如图D所示。由于静电放电电流的频率很高，趋肤效应明显，因此当机箱完整时，电流主要在机箱的外表面，并不容易发生这种情况;当机箱上有缝隙及孔洞时，电流流过缝隙、孔洞会伴随着电磁辐射，则容易发生在放电电流从机箱上改变路径，在其他导体上传输的过程中。

④ 静电放电电流在机箱上产生电位差，对电路的地线形成干扰，如图C所示。若机箱两部分之间的搭接阻抗较高，如0.1Ω，当静电放电电流流过搭接点时，会产生电压降，例如，放电电流为30A时，会有3V的电压，这个电压以共模电压的方式耦合进电路(地环路电流)。如果电路利用这个机箱作为信号地，则这个电压直接以差模电压形式出现在电路中，导致电路工作异常，这种情况在实际中很常见，因为许多机箱/机柜的搭接仅靠螺钉连接，射频搭接阻抗较大。

安装滤波器也对静电放电有所帮助

静电放电对设备电路的影响很大程度上是由于静电放电电流周围的高频电磁场，由于这些电磁场频率很高，因此很容易被导线所接收，从而对电路形成干扰，在电源线入口处安装电源线滤波器已经成为一项必要的措施。因为开关电源在大功率脉冲状态下工作，脉冲电流会形成高频的传导干扰;另外，脉冲电路在工作时产生了很强的电磁辐射，这些辐射感应到电路上形成共模传导干扰，如果不使用滤波器，通过电磁兼容试验几乎是不可能的。
在设计中,可以把干扰滤波器分为电源线滤波器和信号线滤波器两类。从电路上讲这两类滤波器是相同的，都是低通滤波器，但是各自还有一些特殊之处。
①信号线滤波器除了要对电磁干扰有较大的插入损耗以外，还要保证不能对产品的正常工作信号有严重的影响，不能造成信号的失真。
②电源线滤波器还要考虑满足安全方面的要求，即漏电流不能超标。另外，还注意当负载电流较大时，电路中的电感不能饱和(饱和会导致滤波器性能下降)。

通过良好的搭接与接地防止ESD

ESD首先对被击中金属物体的寄生电容充电，然后再流经每一个可能的导电路径。ESD电流更容易在片状或短而宽的带状导体(即阻抗较低的路径中)而不是窄线上流过。如果放电点的金属部件与产品的接地点之间有良好的搭接，并建立了低阻抗的路径，那么ESD电流流过的整个路经中电压差会很低(如一个长宽比为1，当中没有任何孔或裂缝的金属平面，其在100MHz频率下为32，ESD电流乘以阻抗即为ESD放电电流在此路径中的压降)，而接地则提供最终泄放掉累积电荷的路径。因此，确保ESD电流密度和电流路径阳抗足够低，才能有效地防止ESD。以下是关于如何实现ESD电流泄放路径低阳抗的设计要点:
●预计产品中ESD电流流过的路径。
●产品可以借助与机箱的金属部分泄放ESD电流，这时就需要把产品的工作地与机箱在ESD 电流最早进入的地方连接在一起。
●确保每个电缆进入点离机箱地的距离在40mm 以内，以免实现较短的接地路径
●将连接器外壳和金属开关外壳都连接到金属机箱外壳上。
●在薄膜键盘周围放置宽的导电保护环，将环的外围连接到金属机箱上。
●确保搭接部分短面粗。长宽比尽量做到小于等子5:1。做不到时可使用多个搭接点联，从而避免ESD电流过分集中。
●确保绑定接头和绑定线远离易受影响的电子设备或者这些电子设备的电缆。