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电子系统用ESD保护零件的探讨
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电子产品在设计制造时常需面对ESD冲击的威胁，因此如何设计能够承受ESD冲击的方法即成为十分重要的课题。本文将介绍系统ESD测试的方法以及进行系统ESD保护设计时需要注意的事项，同时也将针对现有的ESD保护组件进行讨论，探讨它们的特性分类以及不同选择所提供的保护能力比较。
不容忽视的ESD威胁
电子系统，包括笔记型计算机以及行动电话都面临着静电放电（ESD，Electrostatic Discharge）冲击的威胁，在家中或办公室内行走的个人可能会聚积数千伏特的静电，当接触到接地物体时会在瞬间产生上升速度低于奈秒（nanosecond），高达数十安培的电流，时间则可以持续数百奈秒。除了人体所带来的威胁外，电缆线甚至是家具也都可能会聚积电荷而干扰甚至破坏较敏感的电子设备，因此在电子系统设计上一个相当重要的条件，就是要确保能够承受ESD的冲击。
系统的ESD测试
为了确保电子系统不太容易受到ESD的影响，系统必须经过ESD仿真情况的稳定度测试，这通常采用IEC 61000-4-2标准来进行，IEC 61000-4-2指定了使用通常称为ESD发射枪（ESD gun）的ESD产生器来进行系统的测试。ESD产生器采用图一中所显示的波形并以接触模式进行调整，相关参数请参考表一。
产品在可能会出现敏感性问题的点以及使用者可能碰触到的部位进行测试，键盘、触控式屏幕、开关以及产品外壳上任何接缝或开口处都建议做为测试点，对系统的直接冲击测试可以由两个方式进行，首先，在接触放电情况下会将一个接触点安排在产品的导电表面，并加入脉冲源来进行能量冲击测试，对隔离表面则采用空气放电的方式，在透过接触点进行产品表面测试前，ESD产生器会先充电到高电压状态，而放电冲击则发生在产生器接触点与产品接触放电的瞬间。
系统级的ESD测试，例如IEC 61000-4-2是以操作系统的方式处理，测试的输出可以分为四个等级，其中最理想的是系统能够不受ESD能量冲击影响中断而能够继续运作，下一个可能被接受的情况则是系统会暂停，但可以在没有人员介入的情况下自动回复运作，这类例子如显示屏幕上的闪烁信号或MP3播放器受到摇动，而需要更多注意的是系统的暂停需要实际介入，例如计算机重新启动或移除并重新插入便携式设备的电池才能复原，当然最差的结果就是系统本身受到破坏。
图一：IEC 61000-4-2電流波形。
| 电压 （V） | 最大电流 （A） | 上升时间（ns） | 30ns长度电流 | 60ns度电流 | |
| 误差 | ±10% | ±30% | ±30% | ||
| 1 | 2000 | 7.5 | 0.7 – 1.0 | 4 | 2 |
| 2 | 4000 | 15 | 0.7 – 1.0 | 8 | 4 |
| 3 | 6000 | 22.5 | 0.7 – 1.0 | 12 | 6 |
| 4 | 8000 | 30 | 0.7 – 1.0 | 16 | 8 |
表一：
IEC 6
系统ESD保护的组成
要能够取得良好的系统ESD保护效能表现需要由几个不同层级的设计着手，首先是实体电路部份，较敏感的电路组件应该要尽量远离通风孔或接缝处，如果可能的话，缆线连接器的接地应该要在系统信号接脚接触前先连接到系统的接地，透过这样的方式，缆在线所发生的放电情况就比较不会造成干扰或破坏。
软件事实上也能够在ESD设计上带来贡献，系统连接的传感器比较容易受到ESD的冲击，造成接口电路的锁住情况，而能够感测锁住情况的软件则可以用来重置接口电路而不需要操作人员的介入，不过总是有部分电路点较为敏感，同时也很难完全与外部隔离，在这类情况下就可以使用保护组件来将电流导离较敏感的组件。
图二：ESD保护组件的使用范例。
图说：
External Stress = 外部能量冲击
Ground = 接地
Signal Line = 信号线
Protection Element = 保护组件
Electrical System = 电子系统
Vinput = 输入电压
Integrated Circuit = 集成电路电路组件
图二显示了在连接到系统输出入连接端口较敏感集成电路输入上使用保护组件的范例，在这里保护组件的目的是将电流导离敏感输入来避免过大的电压，保护组件的工作范围可以参考图三，在正常信号范围内，保护组件对输入信号的影响应该要保持在最低，并维持在不作动状态，不过如果芯片上的电压超出或低于正常输入范围过多时，保护组件就必须启动，避免破坏电压到达集成电路组件。
图三：保护元件的要求。
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