基于EMC的ESD防护设计

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1、基于EMC的ESD防护设计发布时间：2009-09-1501:12:43技术类别：嵌入式静电问题是一直困扰电子产品的问题，静电放电导致电子产品故障，失效是公认的事实。EMC测试中静电测试是许多产品难以通过的项目之一。静电放电可以通过传导和辐射两种方式对电子元件产生干扰，最终影响系统工作。电子产品的ESD防护设计必须被广泛重视！静电放电主要是能量集中放电，比如人体的电容放电，放电时间在200pS到10nS,放电过程能产生高频电磁波，放电能量可以直接导致电路损坏或者数据紊乱。MountainViewSilicon的系列解码IC属于1级静电放电敏感元器件，抗静电能力为2KV.我们来分析

2、一下静电损坏IC的路径：1.当IC遭遇静电放电时，放电回路的电阻通常非常小，接近为零，造成比较大的瞬间尖峰电流流过IC管脚，引起局部发热或熔化硅管，以及Die内部金属连接被烧断，钝化层被破坏。2.静电放电引起CMOS器件闩锁，高压激活CMOS器件内部类似可控硅的结构，例如常见的VCC到GND导通形成大电流烧毁。偶尔静电能量较低，ESD仅仅导致PN结损伤，降低了器件的可靠性，给电路留下隐患。 静电放电有3个条件，即：一定能量的静电荷，一定的距离，放电导体。所以针对ESD问题通常我们采取隔离和加保护电路的措施，下面结合一些实例讲解实用措施：1.隔离，切断传输路径。经验认为，每千伏的静

3、电电压击穿距离在1mm左右，因此PCB器件，走线离开易放电的边缘8－10mm就可以抵抗8KV左右的静电电压，最关键的ESD敏感器件一定要布局在板子中央。下图是我07年开发的一款数字综合吉他效果器，音色醇美，一次性通过CE认证。 2.IC关键管脚加保护器件。有时我们会发现ESD敏感器件的某个管脚容易被静电击穿，通常的做法是在靠近此器件相应管脚处安装TVS管。 退而求其次，如果受成本限制，可以考虑用合适的稳压二极管替代TVS管，同样是利用二极管的雪崩效应和钳位特性，保护相应的ESD敏感管脚.曾经在一个TI的工业控制DSP方案上有应用，效果还不错。 3.IC的GPIO口串联衰减电阻。 

4、通常情况GPIO串联合适的小电阻是为了衰减高速信号上的高频能量，减少高频辐射，这点在EMC设计上应用非常普遍。当GPIO遭遇静电放电时，线路上串联的电阻也能衰减放电电流，对GPIO起一定保护作用。通常衰减电阻的值在1K以内，电阻值的大小选择以不影响高速信号正常传输为基础。 4.合理的接口防护。系统板级设计中板子上均有信号进出的接口，例如:排线，USB接口，音视频接口。接口位置通常也是静电导入的路径，需要做合适的防护处理，常规做法是排座处添加TVS阵列，高速电路选择TVS器件注意该器件的寄生电容，USB2.0接口保护器件寄生电容必须小于5pF。若受成本控制影响，退而求其次，引用常规

5、EMC接口设计措施，在排座信号线上并联500pF以下小电容到GND,提高ESD免疫能力. 5.敏感信号的处理。对于类似RESET的关键信号，遭遇静电干扰时会引起系统复位或死机，走线时注意加地线屏蔽，电路也应该做适当处理。 信号线路上有选择的添加一些合适的电容或串联合适的电阻，有助于提高ESD免疫能力，但应注意阻容器件值的大小。