硬件設計實戰第三篇 查找ESD設計問題十板斧

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

　　第一、了解產品所遵循的標準和防護等級，做到有的放矢

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

　　第二、 ESD測試工具和測試環境要符合測試標準

　　一旦產品完成設計后，就要對產品進行ESD測試，這時一定要滿足ESD標準對測試工具和測試環境的要求。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，但是也要一段時間進行一次儀器校準，這樣就可以避免在自家測試通過，而在產品認證時失敗的情況。

　　第三、 重復試驗，找到放電路徑

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

　　第四、 認真分析，找出原因

　　ESD出現問題出現問題最常見的原因有以下幾個原因：a、靜電干擾發生時，瞬間高壓電通過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，從而引起系統發生異常;b、靜電通過路徑被引到相關芯片相應管腳，引起芯片管腳損壞從而產生不良;c、靜電直接打到接口電路或者關鍵模塊上，引起系統發生異常。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，對系統進行整改

　　對ESD的整改可以從以下幾個方面進行：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);移動影響受ESD干擾嚴重的信號線，使其遠離干擾源;移動容易遭受ESD干擾的關鍵元件，避免系統受到ESD影響，pcb板邊漏銅等方法。不同的ESD問題有不同的解決方法，只要針對發生ESD問題的原因，進行對應的整改，就能解決該問題的方法。

　　第六、 ESD關鍵元件選擇

　　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。其次還要關注性價比問題。

　　第七、 重視pcb的接地處理

　　ESD問題最常見的就是靜電泄露引起地平面的波動，從而影響系統的穩定性。本人在EEPW上發表了一系列的文章：詳解PCB板的ESD http://www.104case.com/article/275810.htm，一個設計問題引發的ESD深思 http://www.104case.com/article/201611/340141.htm ，一些良好的設計PCB的方法 http://www.104case.com/article/278448.htm?ej9ce。以上幾篇短文對pcb設計和ESD保護有著詳細的說明，當然網絡上關于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產品，通過結構工程師修改結構設計，能承受ESD保護等級會不斷的提升。在本人的工作過程中，針對ESD問題，通過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，需要重視整機組裝

　　一旦產品定型，電子設計已經得到很好的設計，結構設計已經沒有優化的空間，那么我們需要在產品整機組裝時特別關注按鍵，接口和縫隙處的組裝問題。通過解決整機的組裝問題來減小放電位置縫隙過大的問題，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，我們自己在產品測試時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題。如果產品是首次進行ESD測試，一定要對產品的各個放電位置進行嚴格測試，將各種問題徹底暴露出來，這樣有足夠的時間進行ESD整改。

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