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电子产品的静电防护措施

电子产品的静电防护措施

点击数:7242 次   录入时间:03-04 11:54:21   整理:http://www.55dianzi.com   综合其他

    对电子产品实施静电防护,首要的问题是尽可能选用自身带有防护设计的敏感元器件,特别是CMOS电路。我们知道,将敏感元器件装接到线路板上时并不能减少其对静电放电的敏感性,反而会因为在这些敏感元器件在装入线路板之前或在装接操作当中,因包装、储存、检测、焊接、调试等工序,可能已使元器件的静电防护能力有所降低,即已形成潜在失效。因此,在满足电路功能要求的前提下,应尽量使用敏感电压阈值高的元器件。因为一个线路板的静电放电敏感度,决定于该线路板内敏感电压阈值最低的元器件。

    除实施正确的选型外,还应当注意功能相同型号相同但供货厂家不同的元器件,其敏感电压阈值可能存在着很大的差异,相同厂家但生产批次不同的元器件,也可能会有所不同。因此,在设计产品电路定型之前应当进行元器件的选择比较试验,确定满意的供应厂家。



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    1.限制输出电流能避免CMOS电路产生锁定效应。锁定效应是CMOS电路特有的一种失效模式,这是因为在CMOS电路的内部结构上存在着寄生的PNP晶体管和NPN晶体管,而它们之间又恰好构成了一个寄生的PNPN可控硅结构,所以CMOS电路的锁定效应有时也称作可控硅效应。这种互锁的正反馈结构可能因外部因素(如静电放电)的触发,就会在PNP管(或NPN管)上流过电流,再经过另一只寄生的NPN管(或PNP管)使电流放大,并且由于正反馈作用使电流越来越大而最终烧毁。可见,限制电流使其不能达到维持锁定状态的水平,是设计印制线路板时对CMOS器件要予以考虑的问题之一。常用的解决办法是用一只电阻器来把每一个输出端同其电缆线隔开,并且用两只高速开关二极管用电缆线钳位到VDD(漏极电源)和VSS(源极电源)上。

    2.使用滤波器网络。在CMOS电路系统和机械接点之间有时需要长的输入电缆线,这时便增加了受电磁干扰的可能性,应考虑使用滤波器网络。同时长的输入线路必然伴随着较大的分布电容和分布电感,很容易形成LC自激振荡,特别是当在输入端有负振荡电压产生时有可能导致保护网络的二极管烧损。解决此问题的方法是在输入端串接一个电阻器,其阻值可按公式R=VDD/1mA选定,如当VDD=10V时则R=10kΩ。

    3.在切实可行的地方,对于双极性器件的敏感输入端,使用电阻值较大的电阻器和至少100pF的电容器组成的RC网络,可以减低静电放电的影响。然而,如果电路特性有要求,可采用在任一极性上可钳位到0.5V电压的两个并联二极管,使输入端短接到地。这样,就降低了对输入特性的干扰。

    4.在没有串联电阻器、短路器、钳位或其他保护措施时,线路板上的敏感元器件引线不应直接连接到连接器的端子上。

    5.应避免已焊接到线路板上的CMOS器件的输入端被悬空。同时要注意CMOS器件所有不用的多余输入引线不允许悬空。这是因为输入端一旦悬空,输入电位将处于
不定状态,不但会破坏电路的正常逻辑关系,而且因其输入电阻高,易产生静电击穿、外界噪音干扰等现象。对于多余输入端要根据电路的功能分别处置。例如,与门和与非门电路的多余输入端应接到VDD或高电平;或门和或非门的多余输入端迎接到VSS或低电平;如果电路的工作速度不高,功耗不需要特别考虑,可将多余的输入端与使用端连接在一起。连接方法分别如附图(a)(b)(c)所示。

    6.避免把元器件的敏感性引线接到线路板的边缘、连接器或其他人体可能接触到的点。

    7.  在手工焊接时,应采用防静电低压恒温烙铁。



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    作为整机系统一部分的线路板,其功能一方面会受到来自系统工作时发生的高频辐射的严重影响。另一方面如果有静电放电发生,则因静电放电总是伴随有宽带高频电磁干扰辐射出现而同样对组件的工作产生影响。临近于该组件的金属构件、面板、紧固装置等,一旦有静电放电情况发生,就形成电磁辐射且对电路影响非常大。所以,对线路板应采取以下措施进行防护:

    1.在可能的情况下尽量采用多层板:

    2.利用一个边界防护环,使面板和紧固装置等金属构件适当的接地;

    3.采用接地栅网或等电位接地平面,使信号系统对地及电源对地的路径减到最短,以最大限度地减少接地的电阻,从而快速漏掉静电荷;

    4.在需要的部位上使用屏蔽片、罩等。



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    电子产品除对元器件选择、电路设计遵循以上措施外,在其整机装配过程中也要采取下列措施来改善产品的静电抗干扰性能。

    1.将所有电缆予以屏蔽并尽量减少其长度;

    2.尽量减少面板和固定装置上的机械开口以及孔、缝等;

    3使所有的暴露元器件和金属构件接地;

    4.利用导电衬垫或类似的零件来密封门和面板上的开口;
 
    5.前面板上的安装零件尽量使用凹式的,以减少静电放电的可能性;

    6.接口电路尽量采用对静电放电不敏感的元器件;

    7.与静电放电敏感电路连接的设备外接连接器应采用静电放电帽结构;

    8.安装线路板的板面应采用金属制成件并接地,其上的连接端子应为凹式的:

    9.机内元器件和组件的布置应将静电放电敏感元器件远离能产生静电场的部件,如排风扇等;

    10.在设计含有键盘、控制板、手动控制器系统时,应做到能使操作人员的人体静电直接散逸到接地机壳,而使静电放电元件被旁路。此外,还可以考虑利用去耦电容器、边界保护环、局部屏蔽等。




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