硬件設計實(shí)戰第三篇 查找ESD設計問(wèn)題十板斧

　　ESD是一種常見(jiàn)的近場(chǎng)危害源，可形成高電壓，強電場(chǎng)，瞬時(shí)大電流，并伴有強電磁輻射，形成靜電放電電磁脈沖。如果產(chǎn)品的ESD保護電路或者保護二極管選擇不合適，那么產(chǎn)品就會(huì )在遭受ESD沖擊時(shí)產(chǎn)生不良。

　　第一、了解產(chǎn)品所遵循的標準和防護等級，做到有的放矢

　　我們做產(chǎn)品ESD防護時(shí)，一定要知道產(chǎn)品所需要遵守的設計標準(GB/T 17626.2 IEC61000-4-2)，在該標準中，詳細的描述了各類(lèi)產(chǎn)品的ESD放電規范和ESD保護等級，在前期的產(chǎn)品設計時(shí)，要嚴格按照該標準進(jìn)行設計。但是，有些公司對產(chǎn)品的抗ESD水平比國家的ESD防護標準更加嚴格，這個(gè)時(shí)候應該關(guān)注產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)規格書(shū)，做到有的放矢。

　　第二、 ESD測試工具和測試環(huán)境要符合測試標準

　　一旦產(chǎn)品完成設計后，就要對產(chǎn)品進(jìn)行ESD測試，這時(shí)一定要滿(mǎn)足ESD標準對測試工具和測試環(huán)境的要求。比如ESD槍的儲能電容150pF±10% ，放電電阻 330Ω±10%，充電電阻50MΩ-100M歐姆等等。雖然ESD槍的標簽上有如此標簽，但是也要一段時(shí)間進(jìn)行一次儀器校準，這樣就可以避免在自家測試通過(guò)，而在產(chǎn)品認證時(shí)失敗的情況。

　　第三、 重復試驗，找到放電路徑

　　ESD分析的一個(gè)重要的方法就是找到放電位置和放電路徑。ESD測試通常進(jìn)行接觸放電，空氣放電，直接放電和間接放電。不管進(jìn)行那種試驗時(shí)出現ESD問(wèn)題，都要進(jìn)行多批次，多重復測試，一直找到和出現問(wèn)題時(shí)情況相同的放電路徑。這樣就可以專(zhuān)心分析出現此種問(wèn)題的原因了。

　　第四、 認真分析，找出原因

　　ESD出現問(wèn)題出現問(wèn)題最常見(jiàn)的原因有以下幾個(gè)原因：a、靜電干擾發(fā)生時(shí)，瞬間高壓電通過(guò)放電元件和放電設計泄露到pcb地上，引起pcb地的不同程度的抬升，從而引起系統發(fā)生異常;b、靜電通過(guò)路徑被引到相關(guān)芯片相應管腳，引起芯片管腳損壞從而產(chǎn)生不良;c、靜電直接打到接口電路或者關(guān)鍵模塊上，引起系統發(fā)生異常。因此，只要認真分析原因，就能知道真正原因。

　　第五、 針對找到的原因，對系統進(jìn)行整改

　　對ESD的整改可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：尋找合適參數的ESD保護管(保護電壓，放電電容，正向導通電壓等);移動(dòng)影響受ESD干擾嚴重的信號線(xiàn)，使其遠離干擾源;移動(dòng)容易遭受ESD干擾的關(guān)鍵元件，避免系統受到ESD影響，pcb板邊漏銅等方法。不同的ESD問(wèn)題有不同的解決方法，只要針對發(fā)生ESD問(wèn)題的原因，進(jìn)行對應的整改，就能解決該問(wèn)題的方法。

　　第六、 ESD關(guān)鍵元件選擇

　　對于ESD的保護，通常選用TVS保護管和壓敏電阻或者尖端放電的方法。關(guān)于TVS管的穩壓特性，壓敏電阻承受浪涌電流大，還有放電速度，可靠性，老化和使用壽命等各種元件的特性要了如之掌。其次還要關(guān)注性?xún)r(jià)比問(wèn)題。

　　第七、 重視pcb的接地處理

　　ESD問(wèn)題最常見(jiàn)的就是靜電泄露引起地平面的波動(dòng)，從而影響系統的穩定性。本人在EEPW上發(fā)表了一系列的文章：詳解PCB板的ESD http://dyxdggzs.com/article/275810.htm，一個(gè)設計問(wèn)題引發(fā)的ESD深思 http://dyxdggzs.com/article/201611/340141.htm ，一些良好的設計PCB的方法 http://dyxdggzs.com/article/278448.htm?ej9ce。以上幾篇短文對pcb設計和ESD保護有著(zhù)詳細的說(shuō)明，當然網(wǎng)絡(luò )上關(guān)于ESD保護的介紹也有很多方法。

　　第八、 結構配合

　　電子工程師和結構工程師在ESD防護上同等重要，甚至結構工程師在ESD防護中比電子工程師角色更加重要。同樣一款pcb產(chǎn)品，通過(guò)結構工程師修改結構設計，能承受ESD保護等級會(huì )不斷的提升。在本人的工作過(guò)程中，針對ESD問(wèn)題，通過(guò)結構工程師修改模具，最終得到很好的保護。

　　第九、 ESD不是電子或者結構的任務(wù)，需要重視整機組裝

　　一旦產(chǎn)品定型，電子設計已經(jīng)得到很好的設計，結構設計已經(jīng)沒(méi)有優(yōu)化的空間，那么我們需要在產(chǎn)品整機組裝時(shí)特別關(guān)注按鍵，接口和縫隙處的組裝問(wèn)題。通過(guò)解決整機的組裝問(wèn)題來(lái)減小放電位置縫隙過(guò)大的問(wèn)題，達到保護機殼對pcb的保護。

　　第十、 ESD操作規范，重新測試，直至出現問(wèn)題不在出現

　　國家標準中對空氣放電和接觸放電等操作都有嚴格的操作手法，我們自己在產(chǎn)品測試時(shí)一定要嚴格國家標準的操作手法，這樣可以避免因為手法不對而不能暴露問(wèn)題。如果產(chǎn)品是首次進(jìn)行ESD測試，一定要對產(chǎn)品的各個(gè)放電位置進(jìn)行嚴格測試，將各種問(wèn)題徹底暴露出來(lái)，這樣有足夠的時(shí)間進(jìn)行ESD整改。

　　如果大家對ESD保護方面感興趣，歡迎大家到EEPW論壇進(jìn)行相關(guān)方面的討論和交流。