
一(yī)、現象描述(shù)
某產品在進行靜電放電抗擾度測試時,當(dāng)對產品中某PCB的DB連接器外殼(如下圖所示)進行靜電(diàn)放電(-4KV 接觸放電)時,出現係統複位的現象。

後來檢查該DB連接器,發現(xiàn)該連接器的外殼沒有和(hé)金屬外殼形成良好的搭接,用導(dǎo)電膠(jiāo)將DB連接器(qì)與外殼良好搭接後,再進(jìn)行測試(-6KV接觸放(fàng)電),工作正常,係統不再複位。
靜電測試的示意圖如下圖所示,想要詳細了解(jiě)靜(jìng)電測試的實質的話可以參考我之(zhī)前的文章《EMC 測試實質之ESD抗擾(rǎo)度(dù)》:

首(shǒu)先判斷測試(shì)位置是連接器還是縫隙,連接器是金屬的還是其它的材料的,產品外殼是金屬還是其它(tā)材料。
如果(guǒ)是金屬材料(liào),分析產品是否接大地(也稱為PE),如果是浮地係統(tǒng),則(zé)看是否接了功(gōng)能地。
查看金屬連接器或者金屬按鍵等是否和金屬外殼(ké)搭(dā)接(jiē)良好,金屬外殼是否(fǒu)接大地。
總之,靜電問題,一般都是接(jiē)地不良或者金屬搭接不良(liáng)導致(zhì)的。
二、原因分析
靜(jìng)電放電(如下(xià)圖所示)是一(yī)種瞬態能量(liàng)高,寬頻譜的一種電磁騷擾 ,它主要通過以下兩(liǎng)種(zhǒng)途徑來幹擾EUT:

直(zhí)接能(néng)量,瞬態(tài)的大(dà)電流導致內部電路損壞(如IC芯片的損壞,)或者電路出現錯(cuò)誤(出現閂鎖效應)。
空間耦(ǒu)合,由(yóu)上圖可知,ESD的(de)前沿時間很短, 約(yuē) 0.7-1ns, 其頻(pín)譜範圍可以達到數百(bǎi)MHz,所以稍微長一點的線纜(lǎn),PCB中的微帶線或帶狀線都可能形成有效的耦合。
如前麵所述,在測試中發現DB連接器的金屬外殼(ké)和產品外(wài)殼之(zhī)間有很明顯的縫隙,從電路的角度(dù)來看,這個縫隙就(jiù)等效為一個阻抗,在DB外殼上(shàng)的靜(jìng)電(diàn)放電電流(如(rú)圖中虛線所示)的作用下,就會產生較高的壓降ΔU

我們(men)知道,在(zài)圖中存在分布電容的地方有如下幾個地(dì)方(fāng):
DB連接器外殼及機(jī)殼與內部(bù)電路的地平(píng)麵
DB連接器外殼及機(jī)殼(ké)與信號(hào)線之間
其中DB連接器外殼及機殼與PCB中地平麵之間的分布電容最大(dà),如圖中Cp所示,該分布(bù)電(diàn)容在(zài)靜電放電高頻幹擾的情況下影(yǐng)響也最(zuì)大。
在 ΔU 存在的情況(kuàng)下,必然導致一部分靜電放電電流經分布(bù)電容Cp流向地平麵, 最後流向大地,如圖(tú)中虛線 A 所示。
實際上,PCB中的地平麵也並不是理想的地麵,其並不完(wán)整(完整的地平麵(miàn)阻抗為3mΩ),存在一定的阻(zǔ)抗,因為一般地平麵上一定有過(guò)孔,過(guò)孔的縫隙會導致阻抗(kàng)不連續。
當幹擾電流流(liú)經工作地平麵時,由於阻(zǔ)抗的存在, 就會出(chū)現壓降(jiàng) ΔU1 , 而這個 ΔU1就是造成電路混亂的元凶。
另外,ΔU也是常常是引起輻射發射的超標(biāo)的原因之一。
通過以上分析,我們可以認為,如果阻抗不連續,幹擾信號就很難較快地泄放,這樣就會通過分布電容耦(ǒu)合(hé)到內部電路,從(cóng)而出現損壞或者內部電(diàn)路混亂。
如果搭接良好,靜電就會很快泄放到外(wài)殼上(shàng)並導入到(dào)大地上(前提是外殼也接(jiē)好大(dà)地)。
另外(wài)搭接良好,會使外殼具有更好的屏蔽效果,在靜電泄放過程中(zhōng)產生的電磁場就會被屏蔽在外殼外(wài)部, 從而保證了內部電路的穩定。
三、處理措施
為了保證DB連接器金屬外殼與產品外殼良(liáng)好搭(dā)接,可以(yǐ)將DB連接器通過螺釘固定在外殼上(shàng)麵,使 DB連接器與金屬麵板緊(jǐn)密(mì)連(lián)接。
從而保持了DB連接器外殼(ké)和金屬外殼的電連(lián)續(xù)性。這樣不僅能提高整機的屏蔽效能,還能使靜電(diàn)騷擾電流通過金屬外殼很快地泄放掉, 問題得到(dào)了解決。
四、思考和啟示
經(jīng)過(guò)上麵的分析,我們(men)可以得到如下啟(qǐ)示:
防止靜電幹擾直接耦合進PCB的一個有效方法是將靜電(diàn)幹(gàn)擾信(xìn)號通過導體直接接(jiē)到大地上。
要保持靜電放電點(diǎn)的阻抗連續。
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