大家好！今天让小编来大家介绍下关于金属外壳ESD设计_金属外壳 ftp的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

文章目录列表:

• 1、如何使用TVS器件有效解决ESD问题
• 2、怎样预防ESD对主板造成损害
• 3、TVS 的ESD防护设计要点
• 4、金属外壳怎么防静电

一、如何使用TVS器件有效解决ESD问题

1 产品的结构设计
如果将释放的静电看成是洪水的话，那么主要的解决方法与治水类似，就是“堵”和“疏”。如果我们设计的产品有一个理想的壳体是密不透风的，静电也就无从而入，当然不会有静电问题了。但实际的壳体在合盖处常有缝隙，而且许多还有金属的装饰片，所以一定要加以注意。
其一，用“堵”的方法。尽量增加壳体的厚离，即增加外壳到电路板之间的距离，或者通过一些等效方法增加壳体气隙的距离，这样可以避免或者大大减少ESD的能量强度。
通过结构的改进，可以增大外壳到内部电路之间气隙的距离从而使ESD的能量大大减弱。根据经验，8kV的ESD在经过4mm的距离后能量一般衰减为零。
其二，用“疏”的方法，可以用EMI油漆喷涂在壳体的内侧。EMI油漆是导电的，可以看成是一个金属的屏蔽层，这样可以将静电导在壳体上；再将壳体与PCB（Printed Circuit Board）的地连接，将静电从地导走。这样处理的方法除了可以防止静电，还能有效抑制EMI的干扰。如果有足够的空间，还可以用一个金属屏蔽罩将其中的电路保护起来，金属屏蔽罩再连接PCB的GND。
总之，ESD设计壳体上需要注意很多地方，首先是尽量不让ESD进入壳体内部，最大限度地减弱其进入壳体的能量。对于进入壳体内部的ESD尽量将其从GND导走，不要让其危害电路的其它部分。壳体上的金属装饰物使用时一定要小心，因为很可能带来意想不到的结果，需要特别注意。
2 产品的PCB设计
现在产品的PCB（Printed Circuit Board）都是高密度板，通常为4层板。随着密度的增加，趋势是使用6层板，其设计一直都需要考虑性能与面积的平衡。一方面，越大的空间可以有更多的空间摆放元器件，同时，走线的线宽和线距越宽，对于EMI、音频、ESD等各方面性能都有好处。另一方面，数码产品设计的小巧又是趋势与需要。所以，设计时需要找到平衡点。就ESD问题而言，设计上需要注意的地方很多，尤其是关于GND布线的设计以及线距，很有讲究。有些产品中ESD存在很大的问题，一直找不到原因，通过反复研究与实验，发现是PCB设计中的出现的问题。
为此，这里总结了PCB设计中应该注意的要点：
(1)PCB板边（包括通孔Via边界）与其它布线之间的距离应大于0.3mm；
(2)PCB的板边最好全部用GND走线包围；
(3)GND与其它布线之间的距离保持在0.2mm～0.3mm；
(4)Vbat与其它布线之间的距离保持在0.2mm～0.3mm;
(5)重要的线如Reset、Clock等与其它布线之间的距离应大于0.3mm;
(6)大功率的线与其它布线之间的距离保持在0.2mm～0.3mm；
(7)不同层的GND之间应有尽可能多的通孔（VIa）相连；
(8)在最后的铺地时应尽量避免尖角，有尖角应尽量使其平滑。
3 产品的电路设计
在壳体和PCB的设计中，对ESD问题加以注意之后，ESD还会不可避免地进入到产品的内部电路中，尤其是以下一些端口：USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其他各类数据传输接口，这些端口很可能将人体的静电引入内部电路中。所以，需要在这些端口中使用ESD防护器件。
以往主要使用的静电防护器件是压敏电阻和TVS器件，但这些器件普遍的缺点是响应速度太慢，放电电压不够精确，极间电广东会，寿命短，电性能会因多次使用而变差。所以目前行业中普遍使用专业的“静电抑制器”来取代以往的静电防护器件 。“静电抑制器”是专业解决静电问题的产品，其内部构造和工作原理比其他产品更具科学性和专业性。它由Polymer高分子材料制成，内部菱形分子以规则离散状排列，当静电电压超过该器件的触发电压时，内部分子广东会产生尖端对尖端的放电，将静电在瞬间泄放到地。它最大特点是反应速度快（0.5ns～1ns）、非常低的极间电容（0.05pf～3pf），很小的漏电流（1μA），非常适合各种接口的防护。
因为静电抑制器具有体积小（0603、0402）、无极性、反应速度快等诸多优点，现在的设计中使用静电抑制器作为防护器件的比例越来越多，在使用时应注意以下几点：
1、将该器件尽量放置在需要保护的端口附近；
2、到GND的连线尽可能短;
3、所接GND的面积尽可能大。
ESD 的问题是众多重要问题之一。在不同的电子设备中有不同的方式来避免对电路的危害。由于现在的数码产品体积小、密度大，在 ESD 的防护上有独到的特点。通过大量的静电测试实验证明，采用本文的设计方法处理，将一个原本± 2kV 放电就会死机的产品加以保护和改进，在± 8kV 的静电放电情况下依然可以稳定工作，起到了很好的静电防护效果。随着电子设备使用的日益广泛， ESD 设计是每一个结构设计工程师和电子设计工程师需要重点关心的问题，通过不断总结与学习， ESD 问题将不再是一个难题！
另附：本文部分资料摘自互联网，感谢广东会的无私奉献。另外如果此刻有朋友正遇上头疼的静电问题而束手无策，或是想咨询有关静电抑制器的信息，可以发邮件给我（esdok@163.com），让我们一起探讨、相互学习、共同解决ESD问题！

二、怎样预防ESD对主板造成损害

ESD即静电释放，它对于精密半导体芯片会造成各种损伤，例如穿透元器件内部薄的绝缘层;损毁MOSFET和CMOS元件的栅极;CMOS器件中的触发器锁死;造成反向偏置和正向偏置的PN结短路;融化有源器件内部的焊接线或铝线。

在电脑行业，ESD更是频繁出现的无形杀手，主要表现在：

雷击或其他静电放电导致网卡损坏2芯片组烧毁，如早几年某主板大厂由于USB接口的ESD问题引起大量广东会烧坏3IO接口问题导致主板上的元件损坏，如三极管烧毁4系统出错，重启，硬盘数据丢失等在主板设计时加入有效的ESD防护措施，可最大程度上防治上述各项损害的发生，从而提高主板品质，加长工作寿命。通常主板元器件在遭受ESD后可通俗分为三种状态：健康，死亡，受伤。健康的，该元件有适当的ESD防护处理，可正常运行几年时间。死亡的，该元件没有ESD防护，而遭受严重的ESD损害，不能正常运行。受伤的，该元件遭受部分损坏，含有潜在的缺陷。虽然短时间内不易发觉，但是在使用过程中出现过早实效。电脑遭受ESD的途径有两种：

1、人体接触时引起(如：用户在操作开机、复位、插拔USB等设备时)

2.、雷击(如：通过网卡)顶星科技秉承“让我们的客户永远快乐”为宗旨，在主板设计的时候加入了许多防护ESD的设计，让用户在使用电脑的过程当中，防御了ESD的干扰。当然我们在使用电脑的时候也要操作得当，让ESD无处藏身。

下面教教你，在您使用电脑的时候应该注意的地方：

第一.电脑机壳需要可靠接地;

第二.广东会地区在秋冬季节应使用加湿器，保持室内空气的一定湿度，防止静电在设备、家具和身体上大量积累;

第三.在运输和储存过程中要将电脑整机或零部件置于静电屏蔽袋或导电搬运箱内进行运输防止集成电路芯片被静电击穿。

第四.使用或维护过程中触及电脑内任何电路时，规范的做法是戴上防静电腕套。对广大的普广东会户而言，可以先碰一下电脑机箱金属机壳以释放身体上的静电(前提是电路确实已经接地，否则达不到释放静电的作用)。如果无法确认电路是否接地，那么也可以采用碰触自来水管的方法释放静电。

第五.平时插拔USB或IEEE1394设备时，应该按照第4点提出的方法预先释放身体上的静电，减少因静电而损坏设备和配件的几率。

三、TVS 的ESD防护设计要点

上海雷卯电子工程师在负责电力行业的智能采集终端项目升级时，即根据客户的新需求和国网、广东会新标准对原设计进行改进。在做原产品的静电（ESD）抗扰度4级试验，即接触放电±8kV时，发现以太网会中断，直到ESD干扰消除后才能恢复正常，如图1所示，这种现象不满足国网、广东会标准中“实验过程中，以太网偶尔中断，但能自行恢复”的规定，CLASS B的要求。

图1：以太网中断不能重连

有ESD设计经验的人一般都知道静电干扰途径主要为地传导、信号线+电源线+I/O线传输和空间辐射三种。针对以上三种干扰改进ESD设计的方法如下：

1）软件复位设计。增加软件看门狗，主循环坏死就reset；加状态检测判断寄存器/IO口状态是否正确，不对就reset。

2）增加保护目标ESD免疫力，即增强IC本身ESD防护能力，比如内置集成ESD。

3）降低减弱ESD放电对保护目标的冲击强度，比如在IC外围增加TVS管和防静电管等ESD防护器件，割地处理，对地并电容，及缩短走线距离等。

首先以太网芯片属于公司大批量使用的广东会芯片，不应替代；其次软件看门狗/reset都已经做了处理，所以方法1和2都不可选，只能选择方法3。查看老版原理图发现原设计并未对以太网模块做所需的防ESD处理，只是在数字电源VCC和模拟电源AVCC上加了TVS管，而关键的差分信号TX+/TX-和RX+/RX-并没有设计ESD防护，所以需在差分信号端增加4个TVS管。

TVS管选型需要考虑以下因素：

1）大批量供货需考虑成本，一般而言，TVS管阵列比增加4个TVS管便宜；

2）封装小，节省Layout空间，方便布局，TVS管阵列会比4个TVS管的体积小很多；

3）ESD防护能力，必须大于国网、广东会静电抗扰度4级，即接触放电±8kV，空气放电±15kV；

4）负载电容越低越好，能快速吸收ESD干扰。

经过查询资料选用

1）封装极小，1.6mm*1.2mm，封装和内部结构示意图如图2所示；

2）超低负载电容，0.85pF，可将快速信号衰减程度降至最低水平；

3）ESD防护能广东会，接触放电±15kV，空气放电±15kV，远高于国网、广东会标准；

4）极低的动态电阻，提供超低箝位电压；超低漏电流，3.3V时最大1nA电流；

5）以太网电源AVCC设计上能节省一个TVS管；

6）价格便宜。

图2：LEIDITECH ULC0504T6封装和内部结构示意图

以太网防静电部分设计原理图如图3所示，L2、C59、C60组成π型滤波网络，C61为去耦电容，R74-R77为以太网传输信号的上拉电阻，V10为TVS管，D9为TVS管阵列。

图3：以太网防静电部分电路

增加TVS管阵列ULC0504T6后，以太网模块在Layout设计时需注意以下几点：

1）ULC0504T6、滤波电容等ESD防护器件尽量和以太网芯片放在同一层，且尽量在同一层将它们的地pin与以太网芯片的地pin，这样能减少环路面积，让所包含的场流量减小，其感应电流减小。

2）ULC0504T6、滤波电容等ESD防护器件要靠近以太网芯片放置，差分信号和电源的走线先经过ESD器件pin再到以太网芯片pin；

3）要尽量保证地平面连续，该打过孔的地方要打过孔，以增加回流路径；

4）以太网模块不要靠近整个板件的边沿，尽量往中间放，这样能增强水平和垂直耦合静电抗扰度能力。

具体PCB布局如图4所示，由于以太网差分信号从下面上来，所以ULC0504T6放在左下角，这样保证了信号线先经过TVS管阵列再到以太网芯片pin上。

图4：以太网layout设计

改进后的设计，静电实验结果如图5所示。实验过程中偶尔断一次，但能立刻恢复，满足了国网、广东会静电抗扰度4级实验要求。

图5：改进设计后的静电实验结构

四、金属外壳怎么防静电

金属外壳可以采用接地线的方式防静电。
静电是一种客观的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦、剥离等。静电防护技术，如电子工业、半导体、石油工业、兵器工业、纺织工业、橡胶工业以及兴航与军事领域的静电危害，寻求减少静电造成的损失 。
1.接地
接地对于减少在导体上产生的静电荷是非常重要的，人体是导体，并且是主要静电产生发源地。因此，我们必须减少在接触敏感防静电元件或组件的人身上产生的静电荷。预防在人体上产生静电最好是通过人体接地。
在工业中，手腕带是最常用的接地装置。手腕带将安全且有效地排走你身体上的静电荷，合理地发挥一个手腕带的作用需要合理地接触皮肤。一个脏的或松的手腕带可能保留着漏走的静电荷，使防静电控制失效。导电的鞋类或脚接地可以被使用或补充手腕带不足。
导电或静电耗散工作表面是一个静电安全工作站必不可少的一部份，特别是那些用手组装发生的地方，当使用手腕带，对于干净工作表面并且合适地接到一个公共点上接地是必要的，导电或静电耗散材料能够产生静电荷，但是当合适地把他们接地后，他们可以有效地漏走静电荷。
1.屏蔽
下一个概念是在储存或运输过程中隔离元气件和组件。从带电物体或带电静电场中隔离出来。在储存或运输过程中，绝缘体是最好的方式来阻止静电释放损伤发生。既然接地不能排走静电荷或绝缘体，它是有必要从他们中隔离敏感元气件和组件。在静止工作、出货、搬运区域减少常规塑胶和其它类型的绝缘体是最好方法从绝缘体中隔离产品。隔离也可通过限止进入整个工作区域或工作站来完成。最后，我们利用这个事实，静电荷不能进入由导体材料或导体层做成的容器。这个效应被称作法拉第杯效应。在储存和运输电子元气件或装载线路板时，确保有近似法拉第杯特性的容器被使用，这些容器将会从静电释放击伤当中隔离出来。
3.中和
利用静电消除设备，其主要部件为离子发生器。
由于接地和隔离将不能从绝缘体诸如人工合成的布或常规塑胶当中释放电荷，所以中和就显得重要了。从绝缘体中中和或移走在制程工作中自然产生的电荷，称之为电离。离子是存在于空气中简单带电物质，离子是由于自然能源物质产生的，它包括太阳光、照明、露天为焰和辐射。我们可以通过离子发生器人造成上万亿的离子，离子发生器使用高电压产生一个平衡的混合带电离子，并且用风扇帮助离子漂移到物体上或区域里中和。离子化可以在八秒钟内中和在绝缘体上的静电荷，因此可以减少他们潜在的引起的伤害。通过离子化中合不是接地或隔离的替代品，离子化仅减少静电释放事故发生的可能性或风险。

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