2019年某公司靜電放電規(guī)定

1、靜電放電1. 靜電放電模型 要完全理解靜電放電（E電弧D）事件，必須首先了解靜電放電產(chǎn)生的原因。本章對靜電放電進行詳細的論述。為了使講解更具體，以在地毯上行走的人接觸 電氣設(shè)備為實例。本例中的設(shè)備是計算機的鍵盤（因為鍵盤是操作員最頻繁接 觸的）。但一定要記住，這里介紹的靜電放電過程適合于其它任何場合。首先我們假設(shè)人體是不帶電的，然后討論人體充電的過程。當(dāng)人在地毯上 行走時，鞋跟會與地毯碰撞接觸。這時，電荷會在地毯和鞋之間移動，具體移 動方向取決于鞋子和地毯材料的分子結(jié)構(gòu)。這通常稱為摩擦充電。許多文獻都 給出了摩擦生電的排序表，說明什么物質(zhì)可以從什么物質(zhì)吸引電子。實際上， 很難確定一個能夠用實驗

2、重復(fù)的精確序列。有時人造織物會從橡膠吸引電子， 而有時相反。這通常用物質(zhì)表面不純來解釋。因此，在實際中很難預(yù)見鞋子是 帶正電還是負電。但有一點是肯定的，就是鞋子上會帶電，而地毯上的腳印上 會帶相反的電荷。當(dāng)人在地毯上行走時，鞋子上的電荷越來越多，直到鞋子存 不下為止。與充電過程相反的過程是回放電流。大部分回放電流流過鞋子和地毯，一 小部分流過空氣。較高的濕度會降低介質(zhì)的電阻，增加回放電流。這意味著鞋 子的充電會達到一個平衡點，在平衡點，充電電流等于回放電流。溫度也會影 響介質(zhì)的電阻，但比濕度的影響小得多。至此，我們僅討論了鞋子和地毯這樣一些絕緣介質(zhì)。不要忘記，還有人體 這樣一個導(dǎo)體存在。鞋跟上

3、的靜電荷會產(chǎn)生一個靜電場，在這個靜電場的作用 下，腳跟處會感應(yīng)出極性相反的電荷，于是人體上的電荷要重新分布。人體組 織，除了皮膚以外，是十分良好的導(dǎo)體，因此在人體的其它部分會產(chǎn)生與腳上 電荷極性相反的電荷。 例如， 假設(shè)鞋跟從地毯吸引電子， 地毯上留下了正電荷， 鞋子上帶負電荷，這些負電荷會將人體上的正電荷吸引到腳上，于是人體的其 它部位剩下負電荷。人體上的電荷量取決于前面所述的回放電流。電壓可以達 到很高，甚至發(fā)生輝光放電。輝光放電是空氣電離的結(jié)果?？諝怆婋x是指當(dāng)加在氣體上的電場強度很高 時，氣體中的自由電子或離子將獲得足夠的能量，撞擊其它原子和分子，產(chǎn)生 更多的自由電子和離子，形成導(dǎo)電氣體

4、。只要外界的電場強度足夠大，就能維 持這一狀態(tài)。下面，再把實例中的鍵盤加入到討論中。當(dāng)人體接近鍵盤時，會在鍵盤上 靠近人體（手臂）部位感應(yīng)出相反的電荷。由于鍵盤是接地的，因此其充電過 程是由電子在鍵盤內(nèi)部的地線上流動而產(chǎn)生的（沒有接地的設(shè)備是由電荷重新 分布來抵消人體電荷的） 。在本例中， 由于人體帶負電荷， 因此鍵盤會通過地線 失去電子而帶正電荷。人體與鍵盤之間的距離越近，鍵盤上相反的電荷越多。 鍵盤充電的速度與人體接近鍵盤的速度有關(guān)。但是即使接近速度很快，充電電 流的上升速率也是很低的，因此，在放電發(fā)生之前形成的充電過程并不會對鍵 盤的工作造成任何影響。比充電更重要的一個因素是放電之前存在

5、與人體和設(shè)備之間的靜電場。這 個電場會在設(shè)備上感應(yīng)出不同的電壓。設(shè)備上不同部位的電位差如果太大，會 造成集成電路等器件的損壞（這意味著并不只有靜電放電會帶來危害） 。我們將本例中的人體和鍵盤用圖 1 所示的模型來表示。人體手臂和手指鍵盤圖1人體和鍵盤靜電放電系統(tǒng)的模型圖中各參數(shù)的含義如下：C人體二人體和大地之間的電容R人體二人體的電阻L人體二人體的電感C臂二人手臂與大地之間的電容C臂鍵二人手臂與鍵盤之間的電容R臂二人手臂放電路徑的電阻L臂二人手臂放電路徑的電感C指二人手、手指與鍵盤之間的電容C鍵盤=鍵盤與大地之間的電容R鍵盤=鍵盤到大地路徑的電阻L鍵盤=鍵盤到大地路徑的電感C指、C臂鍵 與C鍵

6、盤 之間的電阻和電感很小，因此沒有包含在這個模 型中。關(guān)于這個模型，需要強調(diào)以下 5點：1）雖然模型中用集總參數(shù)來描述，但是一定要清楚在實際中是分布參數(shù)。（在 精確描述靜電放電過程方面，傳輸線理論更適合）2）C人體、C臂 和C鍵盤 通常稱為自由空間電容，因為這兩個電容元素（身 體和地球）通常距離較遠，接近自由空間的電容值。注意，這并不是不變的， 當(dāng)人體靠近大地時，人體的電容更大一些。3）在C臂鍵盤 與鍵盤之間或C臂與C人體 與大地之間沒有電感或電阻。這意味著在設(shè)計用來模擬這個模型的靜電放電發(fā)生器時要非常仔細。甚至一根 導(dǎo)線的電感也會嚴(yán)重影響結(jié)果。4）這個模型中的設(shè)備是接地的。手持或袖珍設(shè)備中沒

7、有 R鍵盤 和L鍵盤。5）雖然這個模型是針對人體 -鍵盤模型提出的，但實際是非常通用的。通過 改變L、R、C,可以作為其它靜電放電現(xiàn)象的模型。前面的模型完整地描述了靜電放電事件中發(fā)生的充電過程。下面要討論放電過程。當(dāng)人的手指靠近鍵盤時，手指與鍵盤之間的場強會很強，導(dǎo)致空氣擊穿。這首先形成一個離子導(dǎo)電通路，然后形成電弧，這時開始了主要的放電過程。雖然在電弧發(fā)生之前手指向鍵盤逼近的速度并不重要，但是在電弧發(fā)生期 間手指逼近鍵盤的速度卻非常重要。電弧形成所需要的時間遠比電弧的持續(xù)時 間長。由于在電弧形成過程中手指保持向鍵盤移動，因此快速移動時比慢速移 動時形成的電弧間隙?。词闺妷菏窍嗤模?。因此，

8、對于快速移動，與電弧 間隙的電壓會很高。由于更快的電流上升速率和更大的幅度，因此會產(chǎn)生更強 的靜電放電。對前面的模型稍微進行修改， 就可以用來描述靜電放電過程。 如圖 2所示， 基本模型保持不變，僅在電弧放電路徑上與 C指 并聯(lián)了電阻和電感。R電弧 和L電弧 并不是常數(shù)，在電弧發(fā)生過程中是發(fā)生變化的。特別是R電弧 的值，開始時較大，隨著空氣電離程度的增加，越來越小。圖2包含了弧光的靜電放電模型這個模型雖然有一定的局限性,但是能夠比較確切地描述靜電放電的過程當(dāng)電弧形成時，首先使C指 放電R電弧、L電弧和C指形成了一個阻尼震蕩回路。阻尼特性取決于R電弧，而回路的振蕩頻率取決于L電弧和C指C指的量值

9、取決于手指和手的大小較小的手和較細的手指具有較小的 C指，而從理論上講，較小的C指 具有較高的頻率。但是，較細的手指也會在較低的 電壓形成輝光放電。輝光放電的發(fā)生會嚴(yán)重影響放電波形。在這個模型中，輝 光放電的離子流可以看成將 C指、C臂鍵盤和C臂短路的旁路電阻。在電弧 發(fā)生之前，離子流提供的旁路會對C指 充電。這意味著，放電波形中的高頻成 分會減少。因此，只有當(dāng)輝光放電沒有發(fā)生時，靜電放電的最高頻率才取決于 R電弧、L電弧和C指的量值。當(dāng)CF放電時，由C鍵盤、C臂和C臂鍵盤 構(gòu)成的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也開始放電。 但是，這個并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的放電電流不僅僅流過 R電弧 和L電弧，也流過R臂和 L臂。另外這個并聯(lián)網(wǎng)

10、絡(luò)的電容大于 C指。這意味著C臂 和C臂鍵盤 的放 電比C指 單獨放電要慢。對于C人體，放電路徑包括R人體、L人體、R 臂、L臂和L電弧。另外，C人體 的放電路徑還包含由R鍵盤、L鍵盤 和 C鍵盤構(gòu)成的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。需要指出的是，在C指、C臂鍵盤 和C臂 的放電電流中，僅有很少一部 分流過鍵盤的接地路徑。并且，經(jīng)過C人體 的放電電流中的任何高頻成分都趨 向流過C鍵盤，而不是鍵盤的地線。鍵盤地線中的電流僅限于 C人體 放電電 流中的低頻成分。R、L和C的值決定了放電電流的波形。如前所述，C指 的放電電流會產(chǎn) 生很高的頻率。C臂和C臂鍵盤 的放電產(chǎn)生較高的頻率。最后，C人體 的放 電產(chǎn)生較低的頻率。電

11、容放電不僅會產(chǎn)生上述頻率范圍內(nèi)的電流，還會產(chǎn)生阻 尼振蕩。根據(jù)R、L和C的具體數(shù)值，這種阻尼振蕩可以是過阻尼，也可以是 欠阻尼。不同的波形如圖37所示。圖3極咼頻率圖5低頻圖6欠阻尼圖7過阻尼計算機仿真和實驗都表明波形不是過阻尼就是阻尼很大的振蕩，這取決于人體的具體位置和大小。典型放電的完整波形如圖 8所示（虛線表示有電暈放電影響時的波形）。圖8典型人體靜電放電電流波形在這個波形中，低頻成分轉(zhuǎn)移的電荷比高頻成分多， 但是高頻成分 會產(chǎn)生 更強的場。 由實驗得出的各個參數(shù)的范圍如下：Tr （上升時間）二200ps至70msTS （尖峰寬度）二0.5ns 至10nsTt （持續(xù)長度）二100ns

12、至2（s計算機模型計算結(jié)果表明，范圍可能更寬。不僅電流波形在時間特性上差異很大，而且幅度也回在1A至200A范圍內(nèi)變化（計算機模型計算的結(jié)果給出更寬的范圍）。正是由于不同條件下靜電放 電的特性差異性很大，因此電子設(shè)備對靜電放電的響應(yīng)很難預(yù)測。所幸的是， 我們可以用統(tǒng)計的方法來處理這個問題。一定要記住的一個事實是，靜電放電 時間產(chǎn)生的能量很大，頻率很高（高達 5GHZ。另一個重要的事實是，C指、C臂鍵盤、C臂、L臂和R臂對高頻的產(chǎn)生有很大影響。過去使用的簡單RC 模型忽略了這一點。圖9是一個忽略了人體實際情況的簡單 RC模型。這個模型把問題簡化得太厲害了，因此導(dǎo)致了許多不正確的結(jié)果。以上對充電和

13、放電過程進行了完整的討論。但還有些事情需要說明。許多 實驗表明，在一個靜電放電事件中，會發(fā)生多次放電。這些放電陸續(xù)減弱，間 隔從10(s至200ms導(dǎo)致這種多次放電的因素有 2 3個。請再看一下模型， 如果R人體 和L人體 的值較大，則即使C人體 上還有電荷，C臂 和C指 也 會發(fā)生完全放電。當(dāng)C臂 和C指 放電完畢時，電弧會熄滅。這時，C人體 會 對C臂 和CF充電，直到空氣再次被擊穿。結(jié)果再次發(fā)生電弧，C臂 和CF開始放電。這個過程一直持續(xù)下去，直到 C人體 上的電荷放凈。C人體 上的電 荷主要集中在腳跟處，在腳底表面也會分布一些。因此，R人體 包含了皮膚電阻，其阻值是較大的。但這只能解釋

14、多次放電之間的間隔為(s級的現(xiàn)象，更長的間隔則說不通。放電間隔要大于200ms R人體 和L人體 的就必須很大。人 體似乎達不到這樣高的數(shù)值。因此造成更長間隔的放電的原因可能有兩個，一 個是鞋跟的介質(zhì)吸收效應(yīng)。我們可以將鞋跟看成一個 RC網(wǎng)絡(luò)，其電阻很大。這 個RC網(wǎng)絡(luò)向人體提供電荷。另一個原因是可能是因為人體向鍵盤移動。如前所述，當(dāng)沒有足夠的能量 維持電弧通路時， 電弧會熄滅。 直到手指距離鍵盤更近時， 電弧才會再次發(fā)生。 這時電弧間隙較小，激發(fā)電弧所需要的能量也較低。如果確實存在對C臂 和C指 的再次充電，那么即使沒有多次放電，充電 也會發(fā)生。這種再充電（會導(dǎo)致多次放電）會影響電子設(shè)備。如

15、果人體再充電， 設(shè)備（本例中為鍵盤）肯定也再充電。由于再充電電流的上升時間在 （s 數(shù)量級 （甚至更慢），因此大部分電流會經(jīng)過設(shè)備的接地路徑，而不是C鍵盤（C鍵盤至通常在數(shù)十 pf 數(shù)量級）。對于 （s 數(shù)量級的快速再充電，流過地線的電流 會對設(shè)備的工作產(chǎn)生一定的影響，構(gòu)成與靜電放電相關(guān)的頻率較低的噪聲源。 無論如何，當(dāng)人體初始電荷較高時，多次放電更容易發(fā)生。多次放電的現(xiàn)象可 以解釋另一個許多實驗員觀察到的現(xiàn)象。這就是，較高電壓的靜電放電和較低 電壓的靜電放電都比中等電壓的靜電放電造成的問題嚴(yán)重。之所以會這樣，是 因為快上升時間和高尖峰信號才是造成問題的主要原因。電壓較低時，輝光放 電的作用很

16、小，因此上升時間會很快，峰值電流也很大。中等電壓時，有輝光 放電發(fā)生，這使上升時間增加，并減小了峰值電流。電壓較高時，雖然也會有 輝光放電發(fā)生，但是會發(fā)生多次放電。在每個多次放電序列中，會有一個以上 的低電壓放電，這會導(dǎo)致快速上升時間和高峰值電流，產(chǎn)生嚴(yán)重的問題。2. 靜電放電對電子設(shè)備的影響 上一章，我們以人體走過地毯然后接觸鍵盤為例建立了靜電放電事件的模型。 下面仍用這個例子來討論靜電放電的影響，但得出的結(jié)論具有一般性。雖然我 們使用的例子很簡單，但是實際的大多數(shù)系統(tǒng)要復(fù)雜得多。一定要記住，解決 靜電放電問題要從系統(tǒng)的角度考慮問題。上一章中建立的靜電放電模型是將鍵 盤看成一個單獨的模塊，具

17、有集中的電容、電感和電阻。實際上，這個模塊往 往是一個殼體，殼體內(nèi)有鍵盤的開關(guān)和電子線路。如果沒有其它的放電路徑或 屏蔽，從人體產(chǎn)生的靜電場和放電電流會直接影響鍵盤系統(tǒng)內(nèi)的電子器件。靜電場的強度取決于充電物體上的電荷數(shù)量，和與其它電荷量不同的物體之間的距離。人體上的電壓通常會達到810kV。有時電壓會更高，達到1215kV。 許多文獻上稱，人體的電壓可以達到 30kV。但這是假設(shè)身體的最小輝光放電放 電半徑為 1 厘米。實際上，人體上許多部位的半徑小于 1 厘米，因此在通常條 件下是不會出現(xiàn)這種電壓的。人體上的最高電壓應(yīng)該是20kV。（衣服、頭發(fā)或鞋上會有更多的電荷，因為這些物質(zhì)導(dǎo)電性較差，因

18、此受電暈的影響較?。?在本例中，當(dāng)人的手指接近鍵盤時，手指上的靜電場會引起介電物質(zhì)的極 化和鍵盤內(nèi)電荷的重新分布。導(dǎo)體內(nèi)的電荷重新分布會加劇介電物質(zhì)的機化， 甚至強度會達到將介質(zhì)擊穿的程度。這種現(xiàn)象在集成電路中尤為普遍，因為集 成電路中的介質(zhì)層很薄。雖然靜電場本身會造成問題，但放電的后果更嚴(yán)重，因為這有直接注入電荷的 效應(yīng)。這時，原來存在于人體與設(shè)備之間的能量會轉(zhuǎn)移到 IC 這類內(nèi)部器件之間。 在這些強電場的作用下，芯片會被擊穿而損壞。擊穿發(fā)生后，伴隨著電荷的重 新分布，會有較大的電流，這個電流會燒毀鍵盤內(nèi)的電子器件。解決電荷注入問題的一個方法是在人體和電子器件之間放置一塊絕緣屏 障。只要這個

19、屏障不被擊穿，就不會發(fā)生放電。另一個方法是在人體與器件之 間放置一塊金屬擋板。當(dāng)然，這個金屬擋板與器件之間必須有良好的絕緣，使 它與器件之間不會發(fā)生放電。這時，靜電放電事件是向金屬板注入電荷，而不 是器件。無論使用哪種屏障，靜電場的問題都不能解決。使用金屬擋板時的不 同點是， 當(dāng)放電發(fā)生后， 電場是在擋板和器件之間， 而不是在人體和器件之間。 要徹底解決靜電場的問題和電荷注入問題，必須將系統(tǒng)（包括電纜）完全包圍 起來，或者將金屬擋板接地。當(dāng)金屬板與大地連接后，金屬板上的電荷會泄放 掉，從而消除靜電場。將系統(tǒng)完全包圍起來的金屬殼體可以保證沒有任何電場 到達系統(tǒng)， 即使殼體的外表面充滿了電荷也沒有

20、關(guān)系。 （這相當(dāng)于系統(tǒng)中所有的 設(shè)備都有金屬外客，電纜也是屏蔽的場合）金屬擋板的方法常被用來保護設(shè)備，一旦安裝好并接地后，其效果是很好 的。電流注入和電場的問題不僅會造成設(shè)備立即損壞，還會造成潛在的損壞， 使設(shè)備在現(xiàn)場出現(xiàn)問題。不幸的是，人們對低于數(shù)千伏的電場或放電是毫無察 覺的，因此當(dāng)他對設(shè)備造成損壞時，甚至他還不知道。這個問題在第 8 章進一 步討論。再回到前面的例子，假設(shè)鍵盤在制造和運輸過程中是有良好保護的。并假 設(shè)鍵盤在一塊金屬板的下面，金屬板與電路絕緣，并接地。當(dāng)放電發(fā)生時，電 流流過這個金屬板和地線。這個電流分為兩組，第一組，電荷重新分布電流使 板上的電荷與手指和手臂上的電荷均等。

21、在這種場合，金屬板是電荷源。第二 組，接地線上的電流會使人體上的電荷與大地的電荷均等。這種場合，金屬板 不再是主要的電荷源，而僅是電流的一個路徑。在前面的靜電放電模型中，放電脈沖中的高頻成分主要是由手、臂和鍵盤 的電容產(chǎn)生的放電電流引起的。這些高頻電流是金屬板內(nèi)的電荷再分布電流。 另外，在這個模型中，由人體對地電容形成的放電電流主要導(dǎo)致低頻成分，并 攜帶了大部分放電能量。這些低頻電流是地通路電流。金屬板上的高頻再分布 電流的物理路徑取決于人體和金屬板的位置，并呈現(xiàn)輻射狀，如圖10 所示。圖10靜電放電的輻射狀電流人體上的低頻放電電流的路徑是選擇一條電阻最小的路徑直接到地，如圖11所示。當(dāng)然這個

22、描述是近似的，實際情況要更復(fù)雜一些。圖11流向地的靜電放電電流在了解放電電流的路徑和頻率的基礎(chǔ)上，可以分析它們對電子系統(tǒng)性能的 影響。在本例中，低頻電流被旁路到地，因此鍵盤和系統(tǒng)的其它部分可以免受 這種高能電流的損害。對于設(shè)計而言，防止電荷注入和損壞是最基本的要求。 但是，這些電流（特別是高頻電流）產(chǎn)生的場仍然會有嚴(yán)重的影響。當(dāng)放電電流在系統(tǒng)內(nèi)部流動時，會對電流路徑上的許多天線產(chǎn)生激勵。這 些天線的輻射效率主要取決于天線的尺寸。靜電放電產(chǎn)生的頻率的波長可以在 數(shù)厘米至數(shù)百米的范圍內(nèi)。由于四分之一波長天線是效率最高的（即使1/16波長的天線，其輻射也是十分可觀的），因此 1.5cm 150m長的

23、導(dǎo)線都可以是 高效的天線。下面還以鍵盤為例，看一下電子系統(tǒng)中的天線是怎樣形成的。前面已經(jīng)說過，在鍵盤的上面有一塊金屬板，但是鍵盤上按鍵需要較大的 開孔（現(xiàn)實世界中的殼體很少是完全的屏蔽體，因為總會有各種各樣的開口， 即使沒有開口，不同部分結(jié)合處的縫隙也總是存在的）。并且，通常電纜是與金屬板聯(lián)在一起的，電纜往往呈螺旋狀，如圖12所示。金屬板與連到大地的電纜共同構(gòu)成了一個環(huán)天線、縫隙天線和直線天線的組合（更復(fù)雜的系統(tǒng)會包含更多的天線）。圖12鍵盤上的靜電放電電流圖13是電纜的情況為了簡化分析，我們分別考慮各個環(huán)節(jié)。圖13是電纜的情況。電纜相當(dāng)于 一根直天線，場的方向如圖所示。場的具體方向取決于人體

24、所帶電荷的極性。 由于人體所帶電荷的極性通常是未知的，因此在后面的圖中將方向省略。圖14給出了電纜上螺旋部分產(chǎn)生的場的方向。 這是一個典型的環(huán)天線。另 外，當(dāng)拉伸螺旋電纜時，這個環(huán)天線會在不同的頻率上諧振。圖14靜電放電電流在電纜螺旋部分產(chǎn)生的場根據(jù)尺寸不同，金屬板上的開口可以看成縫隙天線，或?qū)㈤_口之間的導(dǎo)體 看成獨立的天線，它所產(chǎn)生的場與直電纜相似（圖 15）。圖15靜電放電電流在金屬板上產(chǎn)生的場上面各圖都表明靜電放電產(chǎn)生的場既有電場（E）也有磁場（H）。但是在 近場區(qū)（距離天線1/6波長以內(nèi)），電場和磁場的相對強弱是不可預(yù)測的。對 于1GHz 1/6波長為5厘米。這意味著，對于大多數(shù)靜電放

25、電頻率而言，鍵盤 內(nèi)的大部分電子器件處于近場，大多數(shù)電子系統(tǒng)也是這種情況。場的相對強度 取決于許多因素，例如天線增益，但是通常，高阻抗天線更易輻射電場，低阻 抗天線更易輻射磁場（這是很自然的，因為電場是由電壓產(chǎn)生的，磁場是由電 流產(chǎn)生的）。通常高阻抗和低阻抗的天線都是同時存在的，因此兩種場也都存 在。由金屬板和電纜發(fā)射的場回被系統(tǒng)內(nèi)的電子電路所接收。當(dāng)靜電放電電流 產(chǎn)生的磁力線從天線輻射出來后，會穿過電路中的導(dǎo)體。這個強度變化的磁力 線在系統(tǒng)中的導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電流。同樣，輻射電場也會在系統(tǒng)電路上感應(yīng)出 電壓。就象高阻抗天線更易輻射電場一樣，高阻抗天線也更易接收電場。同樣， 低阻抗天線更易接收磁

26、場。這意味著，無論系統(tǒng)電路的阻抗是高還是低，總會 接收一種場。磁場會在低阻抗回路中感應(yīng)出電流，電場會在高阻抗線上感應(yīng)出 電壓。盡管每個電路都不同，但有一些典型的阻抗組合。電壓和地電路通常是 低阻抗的，輸出電路既可以高阻抗也可以低阻抗。這意味著，電源和地電路對 磁場感應(yīng)的電流敏感， 必須采取措施。 另一方面， 輸入電路往往對電場更敏感， 必須對感應(yīng)電壓采取措施。而在輸出電路中，電壓和電流的效應(yīng)都要考慮。在分析靜電放電的影響時，還要記住，場不僅對系統(tǒng)內(nèi)的電路會產(chǎn)生直接 的影響，而且還會產(chǎn)生間接的影響。這是通過場在導(dǎo)體上感應(yīng)出電流或電壓， 然后導(dǎo)體將電流或電壓傳導(dǎo)到場本身達不到的地方產(chǎn)生的。一個典型

27、的例子是 場在電纜屏蔽層上感應(yīng)出電流。如果電纜屏蔽層沒有良好端接，感應(yīng)電流會穿 進本來屏蔽良好的機箱。這時，盡管原始的場不能穿透機箱，但通過電纜上的 感應(yīng)電流，場還是會對機箱內(nèi)的電路造成影響。另一個需要注意的問題是共模噪聲會轉(zhuǎn)化為差模噪聲。這一點很重要。因 為如果共模噪聲在整個系統(tǒng)中都保持共模形態(tài)，則對系統(tǒng)的實際影響很小。不 幸的是，由于幅度、相位和頻率成分的變化不同，原始的共模噪聲總是會在系 統(tǒng)的某一點變?yōu)椴钅Ｔ肼暋?例如，如果電纜中每一條線端接方式不是完全相同， 電纜上的共模噪聲會在電路輸入端變?yōu)椴钅Ｔ肼?。雖然靜電放電解決方案貫穿整個系統(tǒng)，但是如果不將系統(tǒng)從概念上分解為 若干部分，分析將是

28、十分困難的。在后續(xù)的各章中，將討論固件（軟件）、線 路板、電纜和系統(tǒng)其它部分的靜電放電對策。但是，一定要記住，系統(tǒng)問題絕 不能通過僅對系統(tǒng)的一部分進行處理來解決。系統(tǒng)的抗擾能力由其最薄弱的環(huán) 節(jié)決定。因此，必須對系統(tǒng)的所有部分采取防護措施。3. 固件和軟件設(shè)計原則4. 看到這個題目后，許多讀者會吃驚，在對付靜電放電方面，除了眾所周知的 硬件方法以外，固件和軟件也起著重要的作用。雖然固件設(shè)計不能防止系統(tǒng)中器件的損壞， ，但是能夠有效地避免一些 非永久性的損壞。通過適當(dāng)寫入的固件，不可恢復(fù)的設(shè)備故障（死鎖）通常 可以避免，可恢復(fù)的故障也可以減少 10 倍。如同硬件上的靜電放電措施一樣，抗靜電放電的

29、固件也是有代價的。通 常，程序會更大一些，這意味著需要更長的編程時間和存儲單元。權(quán)衡得失 時，要將這種代價與單純依靠硬件解決靜電放電問題時的成本做對比。在許 多微處理器的應(yīng)用中，固件措施的成本要比硬件低。在編寫靜電放電抗擾性強的固件時一定要樹立的的一個觀念是 “不確定 性”。也就是，一定不能認為端口、寄存器等的狀態(tài)是一定的。例如，當(dāng)使 用一個索引寄存器時，應(yīng)該問一下，如果這個索引發(fā)生錯誤時，會發(fā)生什么 問題。如果僅是僅發(fā)生一些暫時的或無關(guān)緊要的問題，如發(fā)光二極管閃爍， 則不需要什么特殊的處理。如果會發(fā)生很嚴(yán)重的問題，例如系統(tǒng)發(fā)生死鎖， 則必須采取措施來避免問題的發(fā)生。固件（軟件）靜電放電措施可

30、以分為兩類：* 刷新* 檢驗和重新寫入下面從概念上討論每種措施，并給出一些例子。由于不可能預(yù)見到所有 的特殊情況，要使固件能夠抵抗靜電放電，設(shè)計人員必須對整個系統(tǒng)有一個 全面的了解。雖然下面的討論主要針對固件，但是其中的許多概念對于軟件 設(shè)計也是適用的。刷新：進行刷新時，程序員不關(guān)心過去的情況，而僅是用確定的數(shù)據(jù)來保證今 后的狀態(tài)。例如，在從 8409 的端口讀取數(shù)據(jù)時，一定要先向端口寫入數(shù)據(jù)。 即使這個端口從上次更新以后一直沒有改寫，也要進行這個步驟。絕不要認 為端口上還保留著上次寫入的數(shù)據(jù)。刷新時需要考慮的其它因素包括：A）按照一定的時間間隔打開中斷使能端（在 8049中是RETR在805

31、1 中是 RETI）B）當(dāng)端口用于串行數(shù)據(jù)輸出時，刷新停止位的電平。C）刷新鎖存器和端口輸出狀態(tài)。D）定期讀取控制和選擇輸入，保證系統(tǒng)工作在適當(dāng)狀態(tài)。E）對于 8049 和 8051 處理器，每個程序環(huán)路中至少有一條寄存器選擇 指令。在進行刷新時，另一個需要考慮的因素是刷新的順序。有時，刷新的順 序十分重要。例如，在同步輸入 / 輸出中，數(shù)據(jù)線一定要在時鐘線之前刷新。 否則，經(jīng)過刷新的時鐘會使數(shù)據(jù)位丟失。如前所述，一定要考慮在錯誤條件 下每條指令的順序。檢驗和復(fù)位： 有時，單純刷新還是不夠的。在有些情況下，刷新甚至?xí)谏w一些嚴(yán)重 的問題。在這些情況下，寄存器、端口等需要通過檢驗來確認其狀態(tài)。如

32、果 狀態(tài)不對，程序應(yīng)該試圖對其進行更正。進行復(fù)位（或初始化）時一定要非常謹慎。 雖然系統(tǒng)的狀態(tài)可能有疑問， 但是將系統(tǒng)徹底初始化并不是一個好方法。這會丟失所有過去的數(shù)據(jù)。應(yīng)該 遵守的原則是，使系統(tǒng)處于最可能的狀態(tài)，而這個狀態(tài)應(yīng)該使問題的危害最 小。如果有些關(guān)鍵的項目沒有最可能的狀態(tài)，則應(yīng)該將其狀態(tài)保留起來。這 便于以后采用投票的方式來確定當(dāng)前狀態(tài)。通常， “3取 2”的投票方式就可 以了。檢驗函數(shù)通常可以分為 3 類。特別要做以下檢驗，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，需要 初始化。A) 檢驗程序流是否正確：1) 在主程序中，在子程序返回前，要定期檢驗子程序堆棧指針，以 確認子程序在預(yù)定的范圍內(nèi)運行。2) 如果不

33、檢查堆棧指針 (或在檢查堆棧指針的基礎(chǔ)上) ，可以使用“標(biāo) 牌”來幫助發(fā)現(xiàn)程序運行中的問題。當(dāng)進入一個子程序時，保存標(biāo)牌，當(dāng)離 開子程序時，檢查這個標(biāo)牌。3) 在禁用區(qū)域中安排“陷阱”碼，例如編碼表或無用的中斷矢量。 當(dāng)程序要執(zhí)行這些碼時，就被抓住(例如在未使用的表格中安排返回指令) 。 為了檢查程序流是否正常，在程序中還應(yīng)該包含以下兩個子程序：4) 為了確認主程序運行正常，應(yīng)該有一個永遠不會停止和失效的計 時程序。5) 主程序應(yīng)定時檢查上面的定時程序，確認其是否運行正常(如果 微處理器沒有內(nèi)置的計時器，可以使用外置的硬件“看門狗”電路。當(dāng)處理 器沒有按時將計時器復(fù)位時，外置電路會將處理器復(fù)位

34、) 。B) 檢驗存儲的數(shù)據(jù)和信息是否正確1) 定期對保留的項目進行表決，如果沒有一致性，進行初始化。特 別，狀態(tài)標(biāo)志(特別是使能標(biāo)志)要保留有備份。除了備份以外，還可以使 用糾錯碼。2) 對于索引和其它一些十分重要的寄存器，在使用其所存儲的數(shù)據(jù) 之前，要對其數(shù)值或范圍先進行檢查。3) 如果關(guān)鍵數(shù)據(jù)很多而不適合備份，或者無法檢驗所有信息時，可 以用檢驗和或周期性冗余檢驗(CRC來對數(shù)據(jù)塊檢驗。C) 對輸入和輸出進行檢驗1) 利用各種方法，如奇偶校驗、檢驗和等，對輸入進行檢驗2) 確認輸入數(shù)據(jù)的合理性，有些數(shù)據(jù)可能有明顯的錯誤。3) 對所有輸入級電平至少取樣兩次以實現(xiàn)對噪聲的“軟件濾波”4) 通過

35、使接收機響應(yīng)輸出級來進行校驗輸出端5) 接收裝置應(yīng)能識別所有有效的輸入信號， 如果接收裝置不能識別， 那么發(fā)送裝置應(yīng)具有再傳輸能力。如果以上措施均不能正確檢查，則要求能自動恢復(fù)。當(dāng)然，這種恢復(fù)能 力通常不能與加電(或硬件)復(fù)位過程中的初始化程序不同，RAM不應(yīng)清除掉。實際上，由于靜電放電(ESD而使錯誤程序反向復(fù)位時，執(zhí)行硬件初 始化程序不應(yīng)妨礙處理器的工作。 這通?？梢酝ㄟ^檢查執(zhí)行硬件復(fù)位程序的 標(biāo)志寄存器的優(yōu)先級來完成。如果已經(jīng)設(shè)定標(biāo)志，則應(yīng)避免完全復(fù)位。當(dāng)主 程序執(zhí)行時，此標(biāo)將被重新設(shè)定，一般僅被處理器的實際硬件復(fù)位所清除。 特別地，通常應(yīng)按以下步驟來完成復(fù)位：1、復(fù)位子程序堆棧指針。2

36、、復(fù)位 FIFO 指針。3、復(fù)位計數(shù)器。4、阻止可疑碼的傳輸。5、在復(fù)位完成時才允許中斷，然后再重新啟動計數(shù)器。6、復(fù)位中斷不確定的標(biāo)志7、刷新輸出。8、如果主機系統(tǒng)接受復(fù)位，最好使其發(fā)磅一代碼以通知復(fù)位已完成。 那么，主機就可以采取措施來確保系統(tǒng)的所有部分都諧調(diào)一致地工作。9、當(dāng)然，復(fù)位程序必須清除引起復(fù)位動作的具體問題。上述大部分討論假定系統(tǒng)正處于執(zhí)行程序的狀態(tài)中 （盡管不一定正確） ， '如果程序包括表格，處理器可能會盡力去執(zhí)行這些單元值并將其作為指令。 從理論上講，內(nèi)存單元值可能會引起看門狗計數(shù)器停止計數(shù)，從而使處理器 進入死循環(huán)。對于這種情況，可將邏輯分析儀接到地址總線，這樣

37、有可能找 到問題的癥結(jié)所在。循環(huán)期間的一個內(nèi)存單元值應(yīng)由一個返回指令來代替。 這一般會使處理器跳出循環(huán)，于是程序可能會發(fā)生變化，因此，被替換的單 元值便經(jīng)過特殊方式進行了處理。 （如果有可能的話，空閑的內(nèi)存單元地址 應(yīng)用于控制這個返回操作碼。實際上，如前處述，將返回碼填滿所有空閑地 址是極有可能的。 ）當(dāng)然，這個邏輯分析儀也能夠發(fā)現(xiàn)程序其他部分的死循 環(huán)。然而，如利用帶有偽程序的單片微處理器來進行設(shè)計，那么地址總線將 變得無效。這種情況下，在調(diào)試后，程序可以在仿真系統(tǒng)中具有“靜電放電 加固”的性質(zhì)。一旦程序被調(diào)試好且運行正常的話，它就可隨意改變寄存器 的值以模擬靜電放電效果。程序計數(shù)器是很關(guān)鍵

38、的，應(yīng)被設(shè)置成隨意值。而且，子程序堆棧指針應(yīng)設(shè)置成變量值。通過在仿真過程中作這些變化且不影響結(jié)果，許多潛在的問 題都可以得以發(fā)現(xiàn)。這種方法并不總是有效的，但帶有特殊問題的系統(tǒng)是不 允許的。應(yīng)用這些原理，與固件相關(guān)的靜電放電問題相對來說會很少的。5. 4. 印刷線路板設(shè)計指南本章及隨后幾章將討論靜電放電引起的系統(tǒng)問題的硬件解決措施。為了便于對系統(tǒng)硬件解決進行討論，將系統(tǒng)上的靜電放電效應(yīng)劃分成以下三個部分：1. 靜電放電之前靜電場的效應(yīng)2. 放電產(chǎn)生的電荷注入效應(yīng)3. 靜電放電電流產(chǎn)生的場效應(yīng)盡管印刷線路板（PWB通常也稱之為PCB的設(shè)計會對上述三種效應(yīng)都產(chǎn)生影響，但是主要是對第三種效應(yīng)產(chǎn)生影響。

39、下面的討論將針對第三條所述的 問題給出設(shè)計指南。通常，源與接收電路之間的場耦合可以通過下列方式之一減?。ㄟ@些通用 方法也會在其它討論場的章節(jié)中提到）：1. 在源端使用濾波器以衰減信號2. 在接收端使用濾波器以衰減信號3. 增加距離以減小耦合4. 降低源和 /或接收電路的天線效果以減小耦合5. 將接收天線與發(fā)射天線垂直放置以減小耦合6. 在接收天線與發(fā)射天線之間加屏蔽7. 減小發(fā)射及接收天線的阻抗來減小電場耦合8. 增加發(fā)射或接收天線之一的阻抗來減小磁場耦合9. 采用一致的、低阻抗參考平面（如同多層 PCB板所提供的）耦合信號， 使它們保持共模方式在具體設(shè)計中，如電場或磁場占主導(dǎo)地位，應(yīng)用方法7

40、和8就可以解決。然而，靜電放電一般同時產(chǎn)生電場和磁場， 這說明方法7將改善電場的抗擾度， 但同時會使磁場的抗擾度降低。方法 8則與方法7帶來的效果相反。所以，方 法7和8并不是完善的解決方案。不管是電場還是磁場，使用方法16與9都會取得一定的效果，但PCB設(shè)計的解決方法主要取決于方法 36和9的綜 合使用。下面詳細闡述通過方法36和9解決問題的六條實踐法則及其原因所 在。一、保持環(huán)路面積最小任意一個電路回路中有變化的磁通量穿過時，將會在環(huán)路內(nèi)感應(yīng)出電流。 電流的大小與磁通量成正比。較小的環(huán)路中通過的磁通量也較少，因此感應(yīng)出 的電流也較小，這就說明環(huán)路面積必須最小。應(yīng)用這一經(jīng)驗的困難之處是如何

41、找到環(huán)路。每個人都知道圖16中所示的環(huán)路，但要正確識別圖17中所示的環(huán) 路則比較困難。圖16簡單的PCB回路圖17電源線與地線構(gòu)成的PCB回路與其試著去找出所有可能的環(huán)路，還不如采取下列步驟來減小環(huán)路面積：A、電源線與地線應(yīng)緊靠在一起以減小電源和地間的環(huán)路面積。圖18示例說明了電源線與地線同集成電路連接的幾種不同方法。圖18電源與地形成的環(huán)路面積的減小B、多條電源及地線應(yīng)連接成網(wǎng)格狀。 圖19和圖20說明了這一點：在這個 典型的PCB設(shè)計中，PCB的一面布垂直線，而另一面則布水平線（此圖中僅畫 出地線）。如圖19所示，這個典型的地線結(jié)構(gòu)會使環(huán)路面積很大， 可以在雙面板上添 加一些連接線以減小環(huán)

42、路面積，如圖20所示。網(wǎng)格構(gòu)成的環(huán)路面積小得多，這 將使感應(yīng)電流很低，出現(xiàn)問題的可能性也較小。插在底板（或母板）PCB上的PCB板，應(yīng)該有多個地線和電源線節(jié)點，且在連接器長度方向上均勻布置。這 將有利于減小整個系統(tǒng)的環(huán)路面積。第二層走線第一層走線 過孔圖19典型的PCB地線結(jié)構(gòu)圖20地線網(wǎng)格上述步驟A和B既可減小電源與地之間的環(huán)路面積，同時也可減小環(huán)路天 線的效能，下面講的步驟 C和D將降低天線及信號線的效率。C、并聯(lián)的導(dǎo)線必須緊緊地放在一起， 最好僅使用一條粗導(dǎo)線。圖21表明 了這一原則。這就是說，地平面不應(yīng)有大的開口，因為這些開口如同平行導(dǎo)線一般，其作用等同于環(huán)路天線。圖21縮短平行路徑D

43、 信號線應(yīng)與地線應(yīng)緊挨著放在一起。在每根信號線的旁邊安排一條地 線。不過，這也許會產(chǎn)生很多平行地線。為了避免這個問題，如前所述，可采 用地平面或地線網(wǎng)格，而不采用單條地線。一個例子如圖22所示。在這里，假設(shè)由于某種原因信號線不能移動。圖22信號線與地線緊挨著布線可在與信號線相對的一面上布置地線面，如圖 23所示。實際上，將空余PCB部分填以地線面是個好辦法 。圖23信號線與地線或地平面的分層布線E、特別敏感的器件之間的較長的電源線或信號線應(yīng)每隔一定間隔與地線 的位置對調(diào)一下。對調(diào)的含義是將一根導(dǎo)線從上移到下面，或從左邊移到右邊，另一根導(dǎo)線則做相反的調(diào)整。 圖24表明了這種方法與減小環(huán)路面積的等

44、同效果：對調(diào)有關(guān)導(dǎo)線后，只有較小的環(huán)路存在。F、在電源線與地線間安裝高頻旁路電容。 因為在靜電放電較低的頻率段， 旁路電容的阻抗較低，在這些頻率處，旁路電容能有效減小電源與地間的環(huán)路面積。然而，在靜電放電較高 的頻率段，由于寄生電感的影響，即使是高頻電容，其作用也很有限。當(dāng)然，電源線與地線彼此靠得越近，濾波電容的效果就越不明顯。因為環(huán) 路面積已經(jīng)足夠小了。圖25和26說明了這種效果。即使在每個元件旁邊都安 裝旁路電容器，圖25中的電路仍有很大的環(huán)路面積。-卜5圖25安裝旁路電容器的大環(huán)路面積圖26安裝旁路電容的小環(huán)路面積圖26中所示的電路，由于將電源線與地線緊挨著放在一起布置， 使得環(huán)路 面積

45、大大減小。然而，即使將電源線與地線并列分布，較長的導(dǎo)線仍會導(dǎo)致較 大的環(huán)路面積。、使導(dǎo)線長度盡量短天線要具有較高的效率，其長度必須是波長很大的一部分。這就是說，較 長的導(dǎo)線將有利于接收靜電放電脈沖產(chǎn)生的更多的頻率成份；而較短的導(dǎo)線只 能接收較少的頻率成分。因此，短導(dǎo)線從靜電放電產(chǎn)生的電磁場中接收并饋入 電路的能量較少。使導(dǎo)線盡可能短是一個比是環(huán)路面積盡量小更容易實現(xiàn)的措施。因為它不 象信號環(huán)路那樣不容易識別，環(huán)路面積的盡可能小不可能立即看到，而導(dǎo)線的 長短則是很顯然的。有關(guān)設(shè)計步驟如下：a）使所有元件緊靠在一起，PCB設(shè)計人員不應(yīng)將元件過于分散而占用更多 的面積；b）在相關(guān)的元件組， 相互之間

46、具有很多互連線的元件應(yīng)彼此靠得很近。 例 如， I/O 器件是與 I/O 連接器盡量靠得近些；c）如有可能的話， 從線路板的中心饋送電源或信號， 而不要從線路板邊緣 饋送， 如圖 27 所示，中間的饋送信號使大多數(shù)元件的連線最短。 當(dāng)線路板為正 方形時，這樣做的效果最明顯，當(dāng)線路板狹長時，效果則不很明顯。但只要可 能，還是應(yīng)該盡量這樣做。前面提出的PCB設(shè)計規(guī)則主要針對靜電放電電流產(chǎn)生的場效應(yīng)。但值得注 意的是，前面介紹的降低天線效率的方法，這也有助于防止共模噪聲轉(zhuǎn)化成會 帶來更大麻煩的差模噪聲，這在本章開始列出的一般性方法的第 9 條中已提及 過。之所以有這樣的效果，是因為前述的各種步驟都有

47、助于減小各種PCB回路的阻抗差異。例如，規(guī)則一中的步驟 D特別有用，因為這樣處理會使信號線與 相關(guān)地線的回路阻抗幾乎相等。因此，串入到這兩條路徑中的共模噪聲在幅度 上也很接近，產(chǎn)生的差模噪聲極小。另外， PCB設(shè)計也能采取措施減小由于靜 電場和電荷注入所帶來的問題。下面講述的規(guī)則就與這個問題有關(guān)，你會發(fā)現(xiàn) 有幾個規(guī)則與前述規(guī)則相同。三、盡可能在PCB上使用完整的地線面（建議采用多層板）前面已提到過，地線面有助于減小環(huán)路面積，同時也降低了接收天線的效 率。地線面作為一個重要的電荷源，可抵消靜電放電源上的電荷，這有利于減小靜電場帶來的問題。PCB地線面也可作為其對面信號線的屏蔽體（當(dāng)然，地 線面的

48、開口越大，其屏蔽效能就越低）。另外，如果發(fā)生放電，由于PCB板的地平面很大，電荷很容易注入到地線面中，而不是進入到信號線中。這樣將有 利于對元件進行保護，因為在引起元件損壞前，電荷可以泄放掉。（然而，即 使泄放到地的電荷也可能損壞器件，應(yīng)采取措施加以避免）四、加強電源線和地線之間的電容耦合電源線與地線間的耦合通過兩種方式來實現(xiàn)，這在前面已經(jīng)提到過。A、使電源線與地線靠得很近，或采用多層 PCB板。這將在電源線和地線 間產(chǎn)生更多的寄生電容。B、在電源線與地線之間接入高頻旁路電容（電容組合方式可適用于靜電放電頻率較低和較高的場合）。電源線與地線間的耦合將有助于減小電荷注入 問題。兩個物體之間由各個

49、物體上電荷量的差異造成的電壓取決于兩者（ V=Q/C）間的電容。如果X庫侖的電荷注入到電源線中，就會在電源線和地線間產(chǎn)生Y伏的電壓。如果電源線與地線間的電容增加一倍，X庫侖的電荷將僅僅產(chǎn)生 Y/2 伏的電壓。當(dāng)然，這個較小的電壓造成損壞的可能性也相應(yīng)減小。五、隔離電子元件與靜電放電電荷源在靜電放電效應(yīng)的討論中，曾指出注入到電子儀器中的電荷可通過隔離來 解決。對于PCB設(shè)計，這主要指將電子儀器與可能的電荷源隔離開，也與連接 器端口或感應(yīng)電流趨于集中的信號線相隔離。 可采取以下兩個步驟來進行隔離：A、使電子元件與PCB走線遠離會暴露在靜電放電中的 PCB部分（例如, 操作人員可直接觸摸到的地方）。

50、B、使電子元件和PCB走線遠離會暴露在靜電放電中的任意一個金屬物體 （包括螺釘、機架、連接器外殼等）。后一個要求小于下面的設(shè)計規(guī)則相關(guān)聯(lián)。六、PCB上的機殼地線的阻抗要低，隔離要好盡管PCB軌線上的阻焊層有利于隔離 PCB走線，但阻焊層可能會導(dǎo)致插針 孔發(fā)生電弧。A、隔離機殼地線的最好方法是使之遠離電子儀器。另外，如果機殼地線 的阻抗很低，靜電放電電流易于通過，就不會發(fā)生電弧。當(dāng)然，如此迅速的電 荷泄放會產(chǎn)生更強的場，但這比電荷通過電弧直接注入到電路中好得多。B、機殼地線的長度不能超過其寬度的四或五倍。比這個比例更寬的地線 僅能使其阻抗（電感）稍微減小，但是更窄的地線卻會使其阻抗大幅度增加。

51、這個長寬比例意味著機殼地線必須很短才行，否則當(dāng)?shù)鼐€增長時，其寬度要很 寬。設(shè)計規(guī)則的優(yōu)先級至此，關(guān)于防止靜電放電危害的 PCB設(shè)計技術(shù)的討論已告一段落。當(dāng)然， 有些時候， 這些規(guī)則不能全部滿足。 這時，必須有意識地對一些東西進行取舍。 本章開始部分提出三類潛在的靜電放電危害可用于確定處理靜電放電問題的一般順序。通常是采用以下順序來進行考慮：1、防止電荷注入到系統(tǒng)電路，因為這會造成損壞電路。2、防止靜電放電電流產(chǎn)生的場帶來的問題。3、防止靜電場。所幸的是，這些規(guī)則的大部分都是兼容的，在典型的PCB設(shè)計中，所有的問題都可以得到很好的解決。PCB設(shè)計指南總結(jié)對于靜電放電問題的解決方案，可按以下十二條

52、規(guī)則來進行（按優(yōu)先順序 排列）：1、PCB上的非絕緣機殼地線必須與其他走線相距至少 2.2毫米。這適用于連接到機殼地上的所有物體，包括軌線；2、機殼地線的長度不應(yīng)超過其寬度的五倍；3、使未絕緣的電路與操作人員可觸摸到的 PCBK域或未接地的金屬物體 相隔至少 2厘米以上；4、電源線與地線要么并排平行地放在 PCB勺同一層上，要么放在相鄰的 兩層；5、地平面和地線必須連成網(wǎng)格狀。在任意一個方向上，垂直地線與水平 地線至少每隔6厘米連接一次。尤其是雙面 PCB板，也就是說，PCB板的第一 層可以布水平的地線，而第二層可布垂直的地線，必須至少每隔 6厘米放置一 個過孔以將兩者相連（當(dāng)然，在小于 6

53、厘米的地方進行連接是更好的，地平面 比地線網(wǎng)格要好一些）；6、所有信號線必須在地線面邊緣或地線以內(nèi) 13 毫米以上。地線既可以布 在與信號線相同的層，也可布在與之緊挨著的層上。 如果信號線的長度達到 30厘米或其以上， 則必須在其旁 邊放置一根地線，在信號線上方或其相鄰面上放置地線也是可以的；7、電源線與地線之間跨接的旁路電容器，彼此之間的距離不能大于8 厘米（這樣每片集成塊可能會有多個旁路電容相連）；8、相互之間連線較多的元件要靠在一起；9、所有元件必須盡可能靠近 I/O 連接器（注意，首先應(yīng)滿足第 3 條）；10、將PCB的空余部分全部填以地線（應(yīng)注意在每隔 6厘米的地方進行連 接以產(chǎn)生地

54、線網(wǎng)格）；11、如可能的話，將饋送電源線或信號線從 PCB板的邊緣中心處引出，而 不應(yīng)從某一個角上引出來。12、對于特別敏感且較長的信號線（ 30 厘米或更長），應(yīng)每隔一定間隔與 其地線對調(diào)。注意：這些設(shè)計規(guī)則必須應(yīng)用到系統(tǒng)內(nèi)的所有 PCB板上（例如主板及插在 上面的板卡）。例如，當(dāng)應(yīng)用第 2條時，機殼地線長度包括母板與子板所有地 線的長度之和。5 電纜設(shè)計指南靜電放電(ESD會產(chǎn)生靜電場效應(yīng)，電荷注入效應(yīng)和靜電放電電流產(chǎn)生的場效 應(yīng)，這在第四章已論述過。正確地布置系統(tǒng)電纜和進行屏蔽設(shè)計可有助于解決 這三種效應(yīng)帶來的問題。 本章中將討論如何處理系統(tǒng)電纜來解決靜電放電問題。在討論系統(tǒng)電纜的處理時

55、，為方便起見，將第四章中所提出的三種靜電放 電效應(yīng)重新整理成以下兩條效應(yīng)：* 輻射噪聲效應(yīng)* 傳導(dǎo)噪聲效應(yīng) 輻射噪聲包括泄放電流產(chǎn)生的靜磁場，電場和磁場。傳導(dǎo)噪聲包括直接的電荷注入以及電場和磁場感應(yīng)的電流。當(dāng)然，在實際情況下，這些效應(yīng)并不是 彼此獨立存在的。但為了簡化討論，我們分別考慮每一種效應(yīng)。首先討論電纜的屏蔽或衰減及傳導(dǎo)問題，20kV的電壓在空氣中的放電距離可達2cm所以，為了防止電荷注入到電子線路中，設(shè)計人員可以采取以下三 種措施：A) 設(shè)計設(shè)備時，米取措施使操作員不能到達距離電子線路 2cm之內(nèi)內(nèi)，或 接觸與電子線路相距2cm以內(nèi)的未接地金屬物件；B) 將所有電子電路用比空氣更好的絕

56、緣物質(zhì)進行絕緣處理；C) 提供一個除了電子線路以外的另一個電荷注入對象。上述措施 1與 2將在第六章中著重討論，因為這與屏蔽機箱的設(shè)計聯(lián)系很緊密。而措施 3主要取決于系統(tǒng)電纜的設(shè)計。如第二章所述，靜電放電對象必 須有一條到地的路徑以消除靜電場。到地的路徑必須保持低阻抗。否則，可能有電弧通過電子線路形成的更低 阻抗的通路。 為了獲得低阻抗路徑， 最重要的是必須保證系統(tǒng)電纜的阻抗較低。 對于多數(shù)系統(tǒng)，電纜線阻抗相當(dāng)?shù)?，不過高頻時由于趨膚效應(yīng)，阻抗會有所增 加?？杉哟箅娎|芯線的表面積來緩解這一問題（這將在以下電纜屏蔽的講述中 進一步討論）。引起電纜阻抗增加的另一個原因是連接點處的接觸阻抗。連接點處的

57、的銹 蝕可以產(chǎn)生與趨膚效應(yīng)差不多的阻抗作用，為了防止銹蝕并使電纜的阻抗較低 應(yīng)考慮以下幾個準(zhǔn)則：A）彼此接觸的物體應(yīng)在電化學(xué)序列上相容在潮濕的環(huán)境中，電勢不同的金屬物體間會發(fā)生電化學(xué)腐蝕，其程度取決 于接觸物件的電勢差的大小。電勢差越大，腐蝕就越嚴(yán)重。表1給出了部分電化學(xué)序列表，應(yīng)當(dāng)注意的是，每一項中所列的電動勢有時可能會發(fā)生變化。例 如，鈹銅有時可與鋁配合使用。根據(jù)環(huán)境的不同，可允許電動勢有較大的波動，在惡劣的海洋環(huán)境中，允 許的電勢差不應(yīng)超過0.25V。一般情況下，除了與鋁搭接外，電勢差保持在0.75V 以下是沒以問題的。例如，鍍鋅鋼板機殼很容易用黃銅接線片與銅接地導(dǎo)線相 連。表1電化學(xué)序列表金屬電動勢（伏特）金屬電動勢（伏特）金屬電動勢（伏特）鎂+2.37鉻+0.74鉛+0.