4.1.2.3 穩壓管保護電路：

　　背對背串接的穩壓管對瞬態抑制電路的工作原理是顯而易見的。當瞬態電壓超過 V1 的穩壓值時，V1 反向擊穿，V2 正向導通；當瞬態電壓是負極性時，V2 反向擊穿，V1 正向導通。將這2 只穩壓管制作在同一硅片上就制成了穩壓管對，使用更加方便。

　　4.1.2.4 TVS（瞬態電壓抑制器）二極管：

　　這是最近發展起來的一種固態二極管，適用用于 ESD 保護。一般選擇工作電壓大于或等于電路正常工作電壓的器件。TVS 二極管是和被保護電路并聯的，當瞬態電壓超過電路的正常工作電壓時，二極管發生雪崩，為瞬態電流提供通路，使內部電路免遭超額電壓的擊穿或超額電流的過熱燒毀。由于TVS二極管的結面積較大，使得它具有泄放瞬態大電流的優點，具有理想的保護作用。但同時必須注意，結面積大造成結電容增大，因而不適合高頻信號電路的保護。改進后的TVS 二極管還具有適應低壓電路（＜5V ）的特點，且封裝集成度高，適用于在印制電路板面積緊張的情況下使用。這些特點決定了它有廣泛的適用范圍，尤其在高檔便攜設備的接口電路中有很好的使用價值。

　　下面將對靜電放電、電快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊的測試及常見問題對策及整改措施分別展開進行探討。由于，這三個有較大的共同點，因此在測試及對策上都有較大共同點，下面將對靜電放電問題展開詳細深入的討論，而在電快速瞬變脈沖群、浪涌沖擊的討論中出現的相同之處將不再重復探討。

　　4.2 靜電放電抗擾度測試常見問題對策及整改措施

　　4.2.1 靜電放電形成的機理及其對電子產品的危害

　　靜電是兩種介電系數不同的物質磨擦時，正負極性的電荷分別積累在兩個物體上而形成。就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發生的靜電是人體帶電的主要原因之一。

　　靜電源跟其它物體接觸時，存在著電荷流動以抵消電壓，這個高速電量的傳送，將產生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場，這就是靜電放電。

　　在電子產品的生產和使用過程中，操作者是最活躍的靜電源，可能積累一定數量的電荷，當人體接觸與地相連的元件、裝置的時候就會產生靜電放電。靜電放電一般用ESD 表示。

　　觸與地相連的元件、裝置的時候就會產生靜電放電。靜電放電一般用ESD 表示。

　　ESD 會導致電子設備嚴重地損壞或操作失常。

　　大多數半導體器件都很容易受靜電放電而損壞，特別是大規模集成電路器件更為脆弱。

　　靜電對器件造成的損壞有顯性的和隱性的兩種。隱性損壞在當時看不出來，但器件變得更脆弱，在過壓、高溫等條件下極易損壞。

　　ESD 兩種主要的破壞機制是：由于ESD 電流產生熱量導致設備的熱失效；由于ESD 感應出高的電壓導致絕緣擊穿。

　　除容易造成電路損害外，ESD 也會對電子電路造成干擾。ESD 電路的干擾有二種方式。

　　一種是傳導方式，若電路的某個部分構成了放電路徑，即ESD 接侵入設備內的電路，ESD 電流流過集成片的輸入端，造成干擾。

　　ESD 干擾的另一種方式是輻射干擾。即靜電放電時伴隨火花產生了尖峰電流，這種電流中包含有豐富的高頻成分。從而產生輻射磁場和電場，磁場能夠在附近電路的各個信號環路中感應出干擾電動勢。該干擾電動勢很可能超過邏輯電路的閥值電平，引起誤觸發。輻射干擾的大小還取決于電路與靜電放電點的距離。ESD 產生的磁場隨距離的平方衰減。。ESD 產生的電場隨距離立方衰減。當距離較近時，無論是電場還是磁場都是很強的。ESD 發生時，在附近位置的電路一般會受到影響。

　　ESD 在近場，輻射耦合的基本方式可以是電容或電感方式，取決于ESD 源和接受器的阻抗。在遠場，則存在電磁場耦合。

　　與ESD 相關的電磁干擾（EMI）能量上限頻率可以超過1GHz。在這個頻率上，典型的設備電纜甚至印制板上的走線會變成非常有效的接收天線。因而，對于典型的模擬或數字電子設備，ESD 會感應出高電平的噪聲。

　　一般來說，造成損壞，ESD 電火花必須直接接觸電路線，而輻射耦合通常只導致失常。

　　在ESD 作用下，電路中的器件在通電條件下比不通電條件下更易損壞。

　　4.2.2 電子產品的靜電放電測試及相關要求

　　對不同使用環境、不同用途、不同 ESD 敏感度的電子產品標準對靜電放電抗擾度試驗的要求是不同的，但這些標準關于ESD 抗擾度試驗大多都直接或間接引用GB/T17626.2-1998 （idt IEC 61000-4-2:1995）：《電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗》這一國家電磁兼容基礎標準，并按其中的試驗方法進行試驗。下面就簡要介紹一下該標準的內容、試驗方法及相關要求。

　　4.2.2.1 試驗對象：

　　該標準所涉及的是處于靜電放電環境中和安裝條件下的裝置、系統、子系統和外部設備。

　　4.2.2.2 試驗內容：

　　靜電放電的起因有多種，但該標準主要描述在低濕度情況下，通過摩擦等因素，使操作者積累了靜電。電子和電氣設備遭受直接來自操作者的靜電放電和對臨近物體的靜電放電時的抗擾度要求和試驗方法。

　　4.2.2.3 試驗目的：

　　試驗單個設備或系統的抗靜電干擾的能力。它模擬：（1）操作人員或物體在接觸設備時的放電。（2）人或物體對鄰近物體的放電。

　　4.2.2.4 ESD 的模擬：

　　圖 11 和圖12 分別給出了ESD 發生器的基本線路和放電電流的波形。

　　圖11：靜電放電發生器

　　圖12：靜電放電的電流波形

　　放電線路中的儲能電容CS 代表人體電容，現公認150pF 比較合適。放電電阻Rd 為330Ω，用以代表手握鑰匙或其他金屬工具的人體電阻?，F已證明，用這種放電狀態來體現人體放電的模型是足夠嚴酷的。

　　4.2.2.5 試驗方法

　　該標準規定的試驗方法有兩種：接觸放電法和空氣放電法。

　　接觸放電法：試驗發生器的電極保持與受試設備的接觸并由發生器內的放電開關激勵放電的一種試驗方法。

　　空氣放電法：將試驗發生器的充電電極靠近受試設備并由火花對受試設備激勵放電的一種試驗方法。

　　接觸放電是優先選擇的試驗方法，空氣放電則用在不能使用接觸放電的場合中。

　　4.2.2.6 試驗等級及其選擇：

　　試驗電平以最切合實際的安裝環境和條件來選擇，表1 提供了一個指導原則。表1 同時也給出了靜電放電試驗等級的優先選擇范圍，試驗應滿足該表所列的較低等級。

　　4.2.2.7 試驗環境

　　對空氣放電該標準規定了環境條件：

　　環境溫度：15℃~35℃、相對濕度：30%~60%RH、大氣壓力：86kPa~106kPa

　　對接觸放電該標準未規定特定的環境條件。

　　4.2.2.8 試驗布置

　　標準對試驗布置也做出了詳細的規定，圖 13 所示為臺式設備的試驗布置示意圖。

　　4.2.2.9 試驗實施

　　實施部位：直接放電施加于操作人員在正常使用受試設備時可能接觸到的點或面上；間接放電施加于水平耦合板和垂直耦合板。

　　直接放電模擬了操作人員對受試設備直接接觸時發生的靜電放電情況。

　　間接放電則是對水平耦合板和垂直耦合板進行放電，模擬了操作人員對放置于或安裝在受試設備附近的物體放電時的情況。

　　直接放電時，接觸放電為首選形式；只有在不能用接觸放電的地方（如表面涂有絕緣層，計算機鍵盤縫隙等情況）才改用氣隙（空氣）放電。

　　間接放電：選用接觸放電方式。

　　試驗電壓要由低到高逐漸增加到規定值。

　　不同的產品或產品族標準對試驗的實施可能根據產品的特點有特定的規定。

　　圖13：臺式設備靜電放電布置示意圖

　　4.2.2.10 試驗結果

　　若靜電放電測試通不過，可能產生如下后果：

　?。?）直接通過能量交換引起半導體器件的損壞。

　　（2）放電所引起的電場與磁場變化，造成設備的誤動作。

　　4.2.3 電子產品的靜電放電對策及改進要點

　　有很多辦法減小 ESD 產生的電磁干擾（EMI）影響電子產品或設備：完全阻止ESD 產生，阻止EMI（本文中專指因ESD 產生的EMI）耦合到電路或設備以及通過設計工藝增加設備固有的ESD 抗擾性。

　　ESD 通常發生在產品自身暴露在外的導電物體，或者發生在鄰近的導電物體上。對設備而言，容易產生靜電放電的部位是：電纜、鍵盤及暴露在外的金屬框架以及設備外殼上的孔、洞、縫隙等。

　　常用的改進方法是在產品ESD 發生或侵入危險點，例如輸入點和地之間設置瞬態保護電路，這些電路僅僅在ESD 感應電壓超過極限時發揮作用。保護電路可以包括多個電流分流單元。

　　有多種電路可以達到ESD 保護的目的，但選用時必須考慮以下原則，并在性能和成本之間加以權衡：速度要快，這是ESD 干擾的特點決定的；能應付大的電流通過；考慮瞬態電壓會在正、負極性兩個方向發生；對信號增加的電容效應和電阻效應控制在允許范圍內；考慮體積因素；考慮產品成本因素。

　　我們可以從以下幾種抑制ESD 干擾的方法中選擇適用的對策：

　　4.2.3.1 外殼設計：

　　外殼在人手和內部電路間建立隔離層，阻止 ESD 的發生，金屬外殼同時也是阻止ESD 間接放電形成的輻射及傳導耦合的關鍵。

　　一個完整的封閉金屬殼能在輻射噪聲中屏蔽電路，但由于從電路到屏蔽殼體的ESD 副級電弧可能產生傳導耦合，因而一些外殼設計使用絕緣體，在絕緣殼中，放置一個金屬的屏蔽體。這種設計的好處是既可以防止因操作者對金屬外殼的直接接觸放電造成干擾，又可以防止操作者對周圍物體放電時形成的EMI 耦合到內部形成干擾，同時在操作者對外殼的孔、洞、縫隙放電時給放電電流一個泄放通道，防止對內部電路直接放電。這種做法的簡化是在設備金屬外殼上涂絕緣漆或貼一層絕緣物質，使絕緣能力大于20kV。

　　因為靜電會穿過孔洞、縫隙放電，所以絕緣外殼的孔洞、縫隙與內部電路間應留有足夠的空間，2cm左右的空氣隙可以阻止靜電放電的發生。對外殼上的孔、洞、排氣口等，用幾個小孔代替一個大孔，從EMI 抑制的角度來說更好。為減小EMI 噪聲，縫隙邊沿每隔一定距離處使用電連接。

　　對金屬外殼而言，外殼各部分之間的搭接非常重要，若機箱兩部分之間的搭接阻抗較高，當靜電放電電流流過搭接點時，會產生電壓降，這可能會影響電路的正常工作。

　　解決這個問題的方法有兩個：1）盡量使外殼保持導電連續，減少搭接阻抗。2）在電路與機箱之間增加一層屏蔽，減小電路與機箱之間的電容耦合。內層屏蔽要與外殼連接起來。

　　如果是塑料外殼，則要求對電路的接地進行仔細布置，以防止放電電流感應到電路上去。塑料外殼的優點是不會產生直接放電現象。如果塑料外殼上沒有大的開孔，則塑料外殼能對電路起到保護作用，但塑料外殼對防止操作者對周圍物體放電時耦合到內部形成干擾無抑制能力。