ESD靜電放電測(cè)試通常根據(jù)IEC 61000-4-2進(jìn)行的。

這個(gè)測(cè)試是確定外部的靜電放電或由ESD產(chǎn)生的感應(yīng)場(chǎng)、二次放電，是否會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響。可能的放電部位包括任何可接觸的控制件、電纜連接器或其他可接觸的金屬件。

放電電壓為±4KV、±8KV或±16KV，具體數(shù)值取決于產(chǎn)品的使用環(huán)境或?qū)嶋H使用。

對(duì)于這種測(cè)試，幾類(lèi)性能判據(jù)可能是可接受的。性能判據(jù)的分類(lèi)參考ESD標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-2，但受試產(chǎn)品的數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)的重新啟動(dòng)或損壞通常認(rèn)為是測(cè)試不合格。在通常的測(cè)試中，ESD施加在EUT的不同點(diǎn)上，同時(shí)觀察其性能是否發(fā)生變化。

僅有導(dǎo)體會(huì)發(fā)生ESD，而對(duì)絕緣體或抗靜電材料則不會(huì)。

如果存在裸露的金屬，那么對(duì)此金屬進(jìn)行放電就會(huì)產(chǎn)生ESD。

如果不能阻止ESD電流瞬態(tài)，那么就必須控制放電電流的路徑。

如果能搞清楚放電電流的路徑并對(duì)其進(jìn)行改變，是一種更實(shí)際的解決辦法。如果已知ESD電流的注入點(diǎn)，那么確定電流離開(kāi)產(chǎn)品的最可能的點(diǎn)將是很有幫助的。由于涉及高頻高達(dá)1GHz，放電電流的一些路徑可能是通過(guò)電容而不是沿著導(dǎo)線。

在進(jìn)行ESD電流的可能路徑時(shí)，我們可以認(rèn)為通過(guò)高頻時(shí)-電容是短路的，導(dǎo)線是開(kāi)路的，這樣可以對(duì)電路的電流路徑進(jìn)行簡(jiǎn)化分析。

對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品的簡(jiǎn)化的等效模型如下：

常見(jiàn)的ESD脈沖進(jìn)入信號(hào)連接器的接地外殼示意圖

如圖所示，常見(jiàn)的ESD進(jìn)入點(diǎn)為I/O及信號(hào)連接器的外殼，比如USB、以太網(wǎng)或串口。除非這些連接器的外殼與產(chǎn)品的屏蔽殼體進(jìn)行了很好的搭接，否則ESD電流將直接進(jìn)入到PCB上，從而使電路受到干擾或損壞。

對(duì)于一些低成本的產(chǎn)品，由于沒(méi)有使用成本較高的屏蔽殼體，因此也會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。在這種情況下，一個(gè)好的辦法是增加金屬轉(zhuǎn)移平面，這就將電流轉(zhuǎn)移到電源的安全地回路或通過(guò)對(duì)地電容泄放到大地，再讓電流路徑返回其源端。

關(guān)鍵點(diǎn)一：ESD靜電放電的故障原因分析

在大多數(shù)情況下，各項(xiàng)試驗(yàn)的檢測(cè)和診斷方式大同小異比如輻射發(fā)射。

對(duì)于高頻特性的ESD,這是因?yàn)閺漠a(chǎn)品向外輻射的天線振子，比如電纜和外殼縫隙也能作為接收天線，將ESD產(chǎn)生的場(chǎng)傳入產(chǎn)品，潛在地引起干擾，甚至使系統(tǒng)重啟。

此外，如果I/O連接器沒(méi)有與金屬殼體進(jìn)行好的搭接，由于電流盡力返回到產(chǎn)生它的源端。因此ESD電流能直接進(jìn)入EUT，從而使電路受到干擾或損壞：

1.I/O連接器外殼和產(chǎn)品殼體之間的高阻抗搭接。

2.電纜屏蔽層和外殼或屏蔽殼體的搭接不好。

3.屏蔽面板與外殼或殼體之間的搭接不好。

4.顯示屏LED/LCD存在大的縫隙。

5.I/O電纜或電源線電纜上的濾波不充分或瞬態(tài)保護(hù)器件使用不當(dāng)。

6.關(guān)鍵電路處射頻旁路不足，比如CPU的復(fù)位信號(hào)線。

因此，可以建立如下的等效電路工作模型：

注意點(diǎn)：ESD能量從產(chǎn)品外殼泄放的過(guò)程中會(huì)形成靜電場(chǎng)干擾，既有傳導(dǎo)的路徑還有輻射的路徑；也因此會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品的失效情況。

關(guān)鍵點(diǎn)二：常見(jiàn)的失效模式

ESD靜電放電通常產(chǎn)生的問(wèn)題如下：

1.系統(tǒng)重啟

2.模擬或數(shù)字電路出現(xiàn)故障

3.顯示屏上出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)及顯示屏顯示異常

4.數(shù)據(jù)丟失

5.數(shù)據(jù)傳輸停止、變慢或中斷

6.高誤碼率

7.產(chǎn)品的狀態(tài)發(fā)生改變

8.電路受到故障

注意：當(dāng)靜電放電ESD干擾信號(hào)通過(guò)耦合方式到達(dá)電路板內(nèi)部的時(shí)候，如下圖所示：

注意：PCB的設(shè)計(jì)地走線，地回路，接地點(diǎn)的位置設(shè)計(jì)也是解決抗擾度ESD設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)方法與思路。

目前行業(yè)內(nèi)最典型的EMS敏感度的設(shè)計(jì)也都跟這個(gè)結(jié)構(gòu)圖相關(guān)聯(lián)。

產(chǎn)品問(wèn)題的發(fā)生也是跟我們產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性相關(guān)聯(lián)的

更多的電子產(chǎn)品電路可靠性設(shè)計(jì)系列，會(huì)逐漸為大家解開(kāi)這些設(shè)計(jì)方面的坑，讓電子設(shè)計(jì)工程師少走彎路，敬請(qǐng)關(guān)注！