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手持类数码产品的静电防护经验分享－总结升级篇
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去年我曾发表过类似的文章，通过这段时间的总结经验后重新修改了下，这里跟大家一起分享下，希望对各位同仁有所帮助。
所有数码产品的静电防护都基本相似，这里跟大家分享一下产品的结构设计、PCB设计、电路设计中的应注意的问题，对数码产品设计中静电防护和改进的措施。并就ESD的形成机理、对电子产品的危害，重点就产品设计中的ESD问题及防护和设备改善的经验上做了些总结。
关键词：静电 数码产品 防护器件
静电是人们非常熟悉的一种自然现象。静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中，如静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等。然而，静电放电ESD（Electro-Static Discharge）却又成为电子产品和设备的一种危害，造成电子产品和设备的功能紊乱甚至部件损坏。现代半导体器件的规模越来越大，工作电压越来越低，导致了半导体器件对外界电磁骚扰敏感程度也大大提高。ESD对于电路引起的干扰、对元器件、CMOS电路，主控IC及接口电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。电子设备的ESD也开始作为电磁兼容性测试的一项重要内容写入国家标准和国际标准。
1.静电成因及其危害
静电是两种介电系数不同的物质磨擦时，正负极性的电荷分别积累在两个特体上而形成。当两个物体接触时，其中一个趋从于另一个吸引电子，因而二者会形成不同的充电电位。就人体而言，衣服与皮肤之间的磨擦发生的静电是人体带电的主要原因之一。
静电源与其它物体接触时，依据电荷中和的物理存在着电荷流动，传送足够的电量以抵消电压。在高速电量的传送过程中，将产生潜在的破坏电压、电流以及电磁场，严重时将其中物体击毁，这就是静电放电。国家标准中定义：静电放电是具有不同静电电位的特体互相靠近或直接接触引起的电荷转移（GB/T4365-1995），一般用ESD表示。ESD会导致电子设备严重损坏或操作失常。
静电对器件造成的损坏有显性和隐性两种。隐性损坏在当时看不出来，但器件变得更脆弱，在过压、高温等条件下极易损坏。
ESD两种主要的破坏机制是：由ESD电流产生热量导致设备的热失效；由ESD感应出过高电压导致绝缘击穿。两种破坏可能在一个设备中同时发生，例如，绝缘击穿可能激发大的电流，这又进一步导致热失效。
除容易造成电路损害外，静电放电也极易对电子电路造成干扰。静电放电对电子电路的干扰有 二种方式。一种是传导干扰，另一种是辐射干扰。
2.数码产品电路及其ESD问题
数码产品一般都是由一颗或者几颗CPU来控制其内部功能。静电是对CPU的主要破坏因素。
如今的手持数码产品功能越来越强大，而电路板却越来越小，集成度越来越高。这些产品都有几个部分用于人机交互，这样就存在着人体静电放电的ESD问题。一般电路中需要进行ESD防护的部位有：SIM/SD等卡插座与CPU读卡电路、键盘电路、耳机、麦克风电路、电源接口、数据接口、USB接口、屏驱动接口等。
ESD可能会造成各类数码产品工作异常、死机，甚至损坏并引发其他的安全问题。所以在产品上市之前都需要进行ESD和其它浪涌冲击的测试。其中接触放电需要做到±4kV静电正常，空气放电需要做到±8kV静电正常，有些产品更是要求接触以及空气放电达到±8KV以及±15KV的标准，这就对ESD的设计提出了较高的要求。
3.数码产品中ESD问题解决与防护
3.1壳体的设计
如果将释放的静电看成是洪水的话，那么主要的解决方法与治水类似，就是“堵”和“疏”。如果有一个理想的壳体是密不透风的，静电也就无从而入，当然不会有静电问题了。但实际的壳体在合盖处常有缝隙，而且许多还有金属的装饰片，所以一定要加以注意。
其一，用“堵”的方法。尽量增加壳体的厚离，即增加外壳到电路板之间的距离，或者通过一些等效方法增加壳体气隙的距离，这样可以避免或者大大减少ESD的能量强度。
通过结构的改进，可以增大外壳到内部电路之间气隙的距离从而使ESD的能量大大减弱。根据试验，8kV的ESD在通过过4mm的距离后能量一般衰减为零。
其二，用“疏”的方法，可以用EMI油漆喷涂在壳体的内侧。EMI油漆是导电的，可以看成是一个金属的屏蔽层，这样可以将静电导在壳体上；再将壳体与PCB（Printed Circuit Board）的地连接，将静电从地导走。这样处理的方法除了可以防止静电，还能有效抑制EMI的干扰。如果有足够的空间，还可以用一个金属屏蔽罩将其中的电路保护起来，金属屏蔽罩再连接PCB的GND。用
金属屏蔽罩将LCD模块保护起来的例子。
总之，ESD设计壳体上需要注意很多地方，首先是尽量不让ESD进入壳体内部，最大限度地减弱其进入壳体的能量。对于进入壳体内部的ESD尽量将其从GND导走，不要让其危害电路的其它部分。壳体上的金属装饰物使用时一定要小心，因为很可能带来意想不到的结果，需要特别注意。
3.2数码产品的PCB设计
PCB（Printed Circuit Board）都是高密度板，从单层到8层板甚至更多。其设计一直都需要考虑性能与面积的平衡。一方面，越大的空间可以有更多的空间摆放元器件，同时，走线的线宽和线距越宽，对于EMI、音频、ESD等各方面性能都有好处。另一方面，如今体积设计的小巧又是趋势与需要。所以，设计时需要找到平衡点。就ESD问题而言，设计上需要注意的地方很多，尤其是关于GND布线的设计以及线矩，很有讲究。有些产品中ESD存在很大的问题，一直找不
到原因，经过反复研究与实验，发现是PCB设计中的出现的问题。为此，这里总结了PCB设计中应该注意的要点：
(1)PCB板边（包括通孔Via边界）与其它布线之间的距离应大于0.3mm；
(2)PCB的板边最好全部用GND走线包围；
(3)GND与其它布线之间的距离保持在0.2mm0.3mm；
(4)Vbat与其它布线之间的距离保持在0.2mm0.3mm;
(5)重要的线如Reset、Clock等与其它布线之间的距离应大于0.3mm;
(6)大功率的线如PA等与其它布线之间的距离保持在0.2mm0.3mm；
(7)不同层的GND之间应有尽可能多的通孔（VIa）相连；
(8)在最后的铺地时应尽量避免尖角，有尖角应尽量使其平滑。
3.3数码产品的电路设计
在壳体和PCB的设计中，对ESD问题加以注意之后，ESD还会不可避免地进入到产品电路中，尤其是以下几个部件：各类插卡部位的CPU读卡电路、键盘电路、耳机、麦克风电路、数据接口、电源接口、USB接口、彩屏LCD驱动接口，这些部位很可能将人体的静电引入产品中。所以，需要在这些部分中使用ESD防护器件。ESD防护器件主要有以下几种：
（1）气体放电管（GDT）。它是具有一定气密的玻璃或陶瓷外壳，中间充满稳定的气体，如氖或氩，并保持一定压力。GDT通流量大、极间电容小，可自行恢复，其缺点是响应速度太慢，放电电压不够精确，寿命短，电性能会随时间变化。
（2）压敏电阻（MOV）。它是陶瓷元件，将氧化锌和添加剂在一定条件下“烧结”，电阻受电压的强烈影响，其电流随着电压的升高而急剧上升。压敏电阻内部发热量很大，其缺点是响应速度慢，性能会因多次使用而变差，极间电容大。
（3）闸流二极管（TSS）。它是半导体元件，闸流二极管开始时不会导通，处于“阻断”状态。当“过电压”上升到闸流管的“放电电压”时，导通并产生放电电流；当电流下降到最小值时，闸流管会重新“阻断”，并恢复到原来的“断路状态”。
(4)瞬态电压抑制器（TVS）。它是半导体器件，主要是由单金硅构成，所以其最大特点是快速反应（1ns5ns）、非常低的极间电容（1pf3pf），很小的漏电流（1μA）和很大的耐流量，非常适合导流作用。
（5）静电阻抗器（ESD).它也是陶瓷器件，是压敏器件细分下来的一种，主要成分是由氧化锌构成，反应时间变得快（最小可以<0.5ns）、电容值也更小（最小可以<0.05pf）、漏电流最小可达0.1μA，由于它特殊的内部叠层式设计，以及氧化锌的不单纯性令静电通过器件时以大量发热的形式消耗了静电。
因为静电阻抗器（ESD）以及TVS具有体积小、反应速度快等优点，现在的设计使用中这两种是使用最为普遍以及有效的两种器件。在此由于是手持类数码产品所以我重点还是推荐使用静电阻抗器（ESD）。为什么呢？因为众所周知手持类数码产品都是便携的，PCB板所谓的大地只是虚拟的大地，如果静电从外界进入后它是没办法走掉的，静电还是囤积在板上，累积到一定电荷后它还是会找出路去放电，这就有可能又对板上的信号线形成二次放电，所以用TVS还是不能有效的把静电消除只是单纯的疏导到所谓的虚拟大地上而已，然而ESD器件通过叠层式的设计会自身产生大量的热量把静电消耗掉所以可以有效解决静电在PCB板上无处可走的问题。当然如果象有些产品可以接到真正的大地上的话运用TVS直接疏导到实地上是最有效的方法了。
另外在使用时应注意放在远离被保护保护的器件，到地的连线尽可能短，器件的布线应成并联型，而不能布成串联型。有可能的情况下最好是把引入ESD器件的前端做一个锐角走线，可以有效的把静电最大可能引导到ESD上面来。 （具体细则请看ESD运用技巧）
ESD 的问题是众多重要问题之一。在不同的电子设备中有不同的方式来避免对电路的危害。随着电子设备使用的日益广泛， ESD 设计是每一个结构设计工程师和电子设计工程师需要重点关心的问题，不同的产品运用的方法不尽相同，只有通过不断试验总结与学习，才能让静电问题得到更好的解决。
我们美可达公司专门从事静电防护ESD器件的销售，我们有专业的技术人员以及静电实验室，免费为客户使用，希望能更好的协助您解决静电相关问题。联系人张先生 公司网站：www.madepower.com
【文件名】:09717-ESD应用技巧.pdf
ESD应用技巧
【目 录】:ESD应用技巧
所有数码产品的静电防护都基本相似，这里跟大家分享一下产品的结构设计、PCB设计、电路设计中的应注意的问题，对数码产品设计中静电防护和改进的措施。并就ESD的形成机理、对电子产品的危害，重点就产品设计中的ESD问题及防护和设备改善的经验上做了些总结。
关键词：静电 数码产品 防护器件
静电是人们非常熟悉的一种自然现象。静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中，如静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等。然而，静电放电ESD（Electro-Static Discharge）却又成为电子产品和设备的一种危害，造成电子产品和设备的功能紊乱甚至部件损坏。现代半导体器件的规模越来越大，工作电压越来越低，导致了半导体器件对外界电磁骚扰敏感程度也大大提高。ESD对于电路引起的干扰、对元器件、CMOS电路，主控IC及接口电路造成的破坏等问题越来越引起人们的重视。电子设备的ESD也开始作为电磁兼容性测试的一项重要内容写入国家标准和国际标准。
1.静电成因及其危害
静电是两种介电系数不同的物质磨擦时，正负极性的电荷分别积累在两个特体上而形成。当两个物体接触时，其中一个趋从于另一个吸引电子，因而二者会形成不同的充电电位。就人体而言，衣服与皮肤之间的磨擦发生的静电是人体带电的主要原因之一。
静电源与其它物体接触时，依据电荷中和的物理存在着电荷流动，传送足够的电量以抵消电压。在高速电量的传送过程中，将产生潜在的破坏电压、电流以及电磁场，严重时将其中物体击毁，这就是静电放电。国家标准中定义：静电放电是具有不同静电电位的特体互相靠近或直接接触引起的电荷转移（GB/T4365-1995），一般用ESD表示。ESD会导致电子设备严重损坏或操作失常。
静电对器件造成的损坏有显性和隐性两种。隐性损坏在当时看不出来，但器件变得更脆弱，在过压、高温等条件下极易损坏。
ESD两种主要的破坏机制是：由ESD电流产生热量导致设备的热失效；由ESD感应出过高电压导致绝缘击穿。两种破坏可能在一个设备中同时发生，例如，绝缘击穿可能激发大的电流，这又进一步导致热失效。
除容易造成电路损害外，静电放电也极易对电子电路造成干扰。静电放电对电子电路的干扰有 二种方式。一种是传导干扰，另一种是辐射干扰。
2.数码产品电路及其ESD问题
数码产品一般都是由一颗或者几颗CPU来控制其内部功能。静电是对CPU的主要破坏因素。
如今的手持数码产品功能越来越强大，而电路板却越来越小，集成度越来越高。这些产品都有几个部分用于人机交互，这样就存在着人体静电放电的ESD问题。一般电路中需要进行ESD防护的部位有：SIM/SD等卡插座与CPU读卡电路、键盘电路、耳机、麦克风电路、电源接口、数据接口、USB接口、屏驱动接口等。
ESD可能会造成各类数码产品工作异常、死机，甚至损坏并引发其他的安全问题。所以在产品上市之前都需要进行ESD和其它浪涌冲击的测试。其中接触放电需要做到±4kV静电正常，空气放电需要做到±8kV静电正常，有些产品更是要求接触以及空气放电达到±8KV以及±15KV的标准，这就对ESD的设计提出了较高的要求。
3.数码产品中ESD问题解决与防护
3.1壳体的设计
如果将释放的静电看成是洪水的话，那么主要的解决方法与治水类似，就是“堵”和“疏”。如果有一个理想的壳体是密不透风的，静电也就无从而入，当然不会有静电问题了。但实际的壳体在合盖处常有缝隙，而且许多还有金属的装饰片，所以一定要加以注意。
其一，用“堵”的方法。尽量增加壳体的厚离，即增加外壳到电路板之间的距离，或者通过一些等效方法增加壳体气隙的距离，这样可以避免或者大大减少ESD的能量强度。
通过结构的改进，可以增大外壳到内部电路之间气隙的距离从而使ESD的能量大大减弱。根据试验，8kV的ESD在通过过4mm的距离后能量一般衰减为零。
其二，用“疏”的方法，可以用EMI油漆喷涂在壳体的内侧。EMI油漆是导电的，可以看成是一个金属的屏蔽层，这样可以将静电导在壳体上；再将壳体与PCB（Printed Circuit Board）的地连接，将静电从地导走。这样处理的方法除了可以防止静电，还能有效抑制EMI的干扰。如果有足够的空间，还可以用一个金属屏蔽罩将其中的电路保护起来，金属屏蔽罩再连接PCB的GND。用
金属屏蔽罩将LCD模块保护起来的例子。
总之，ESD设计壳体上需要注意很多地方，首先是尽量不让ESD进入壳体内部，最大限度地减弱其进入壳体的能量。对于进入壳体内部的ESD尽量将其从GND导走，不要让其危害电路的其它部分。壳体上的金属装饰物使用时一定要小心，因为很可能带来意想不到的结果，需要特别注意。
3.2数码产品的PCB设计
PCB（Printed Circuit Board）都是高密度板，从单层到8层板甚至更多。其设计一直都需要考虑性能与面积的平衡。一方面，越大的空间可以有更多的空间摆放元器件，同时，走线的线宽和线距越宽，对于EMI、音频、ESD等各方面性能都有好处。另一方面，如今体积设计的小巧又是趋势与需要。所以，设计时需要找到平衡点。就ESD问题而言，设计上需要注意的地方很多，尤其是关于GND布线的设计以及线矩，很有讲究。有些产品中ESD存在很大的问题，一直找不
到原因，经过反复研究与实验，发现是PCB设计中的出现的问题。为此，这里总结了PCB设计中应该注意的要点：
(1)PCB板边（包括通孔Via边界）与其它布线之间的距离应大于0.3mm；
(2)PCB的板边最好全部用GND走线包围；
(3)GND与其它布线之间的距离保持在0.2mm0.3mm；
(4)Vbat与其它布线之间的距离保持在0.2mm0.3mm;
(5)重要的线如Reset、Clock等与其它布线之间的距离应大于0.3mm;
(6)大功率的线如PA等与其它布线之间的距离保持在0.2mm0.3mm；
(7)不同层的GND之间应有尽可能多的通孔（VIa）相连；
(8)在最后的铺地时应尽量避免尖角，有尖角应尽量使其平滑。
3.3数码产品的电路设计
在壳体和PCB的设计中，对ESD问题加以注意之后，ESD还会不可避免地进入到产品电路中，尤其是以下几个部件：各类插卡部位的CPU读卡电路、键盘电路、耳机、麦克风电路、数据接口、电源接口、USB接口、彩屏LCD驱动接口，这些部位很可能将人体的静电引入产品中。所以，需要在这些部分中使用ESD防护器件。ESD防护器件主要有以下几种：
（1）气体放电管（GDT）。它是具有一定气密的玻璃或陶瓷外壳，中间充满稳定的气体，如氖或氩，并保持一定压力。GDT通流量大、极间电容小，可自行恢复，其缺点是响应速度太慢，放电电压不够精确，寿命短，电性能会随时间变化。
（2）压敏电阻（MOV）。它是陶瓷元件，将氧化锌和添加剂在一定条件下“烧结”，电阻受电压的强烈影响，其电流随着电压的升高而急剧上升。压敏电阻内部发热量很大，其缺点是响应速度慢，性能会因多次使用而变差，极间电容大。
（3）闸流二极管（TSS）。它是半导体元件，闸流二极管开始时不会导通，处于“阻断”状态。当“过电压”上升到闸流管的“放电电压”时，导通并产生放电电流；当电流下降到最小值时，闸流管会重新“阻断”，并恢复到原来的“断路状态”。
(4)瞬态电压抑制器（TVS）。它是半导体器件，主要是由单金硅构成，所以其最大特点是快速反应（1ns5ns）、非常低的极间电容（1pf3pf），很小的漏电流（1μA）和很大的耐流量，非常适合导流作用。
（5）静电阻抗器（ESD).它也是陶瓷器件，是压敏器件细分下来的一种，主要成分是由氧化锌构成，反应时间变得快（最小可以<0.5ns）、电容值也更小（最小可以<0.05pf）、漏电流最小可达0.1μA，由于它特殊的内部叠层式设计，以及氧化锌的不单纯性令静电通过器件时以大量发热的形式消耗了静电。
因为静电阻抗器（ESD）以及TVS具有体积小、反应速度快等优点，现在的设计使用中这两种是使用最为普遍以及有效的两种器件。在此由于是手持类数码产品所以我重点还是推荐使用静电阻抗器（ESD）。为什么呢？因为众所周知手持类数码产品都是便携的，PCB板所谓的大地只是虚拟的大地，如果静电从外界进入后它是没办法走掉的，静电还是囤积在板上，累积到一定电荷后它还是会找出路去放电，这就有可能又对板上的信号线形成二次放电，所以用TVS还是不能有效的把静电消除只是单纯的疏导到所谓的虚拟大地上而已，然而ESD器件通过叠层式的设计会自身产生大量的热量把静电消耗掉所以可以有效解决静电在PCB板上无处可走的问题。当然如果象有些产品可以接到真正的大地上的话运用TVS直接疏导到实地上是最有效的方法了。
另外在使用时应注意放在远离被保护保护的器件，到地的连线尽可能短，器件的布线应成并联型，而不能布成串联型。有可能的情况下最好是把引入ESD器件的前端做一个锐角走线，可以有效的把静电最大可能引导到ESD上面来。 （具体细则请看ESD运用技巧）
ESD 的问题是众多重要问题之一。在不同的电子设备中有不同的方式来避免对电路的危害。随着电子设备使用的日益广泛， ESD 设计是每一个结构设计工程师和电子设计工程师需要重点关心的问题，不同的产品运用的方法不尽相同，只有通过不断试验总结与学习，才能让静电问题得到更好的解决。
我们美可达公司专门从事静电防护ESD器件的销售，我们有专业的技术人员以及静电实验室，免费为客户使用，希望能更好的协助您解决静电相关问题。联系人张先生 公司网站：www.madepower.com
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ESD应用技巧
【目 录】:ESD应用技巧
谢谢共享
这个不错，相当精辟
great book
谢谢分享！
GOOD TKS
谢谢分享
谢谢分享
THANK YOU, 学习了！, thank you
谢谢分享！
我就是进来看看
楼主 想下你附件 总是看不到啊
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