手机ESD静电放电模型和分析.pdf

《手机ESD静电放电模型和分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、手机静电放电模型和分析&ESD部分相关知识首先说结论：1.之所以我们在设计手机电路的时候，总是尽量利用参考地来作为静电释放的通路，根本原因是参考地与外界的“放电阻抗”很小，最容易与外界发生电荷转移（因为参考地平面很大，覆盖很广，尖端多，和外界的等效接触很多，对比电路中的其他通路和许多元器件，在无强带电体靠近时容易对外界释放电荷，而有强带电体靠近时则容易吸附电荷）（这里的外界定义为电中性，即不带电的所有物体的总和，一般可直接等效为大地）。2.对于静电放电通路的考量，不需要考虑电路系统中本身的电动势。因为电路系统中的电动势，

2、或者说导线中的电场，是靠锂电池建立的。这个电场，对比局部积聚的静电荷所形成的电场，可忽略不计。因此手机静电放电模型，不需要考虑其电路系统原本的电动势，也不从传统的电压的角度去考虑，而是从电荷势能的角度去考虑：势能总是趋向于变小，所以对于手机上积聚的高势能密集电荷团（这个势能是由于电荷团自身的相互排斥产生的），电荷团自身总是有“扩散”到四面八方的趋势。而在“扩散”的过程中，电荷流动的速度和数量，就由各通路上的“放电阻抗”决定，类似并联电路中的电流分配关系。（这个角度去分析的其中一个好处就是不用考虑电荷的正负）(注：全文中提

3、到的“放电阻抗”，定义为两物体之间阻碍静电电荷通过的能力，即两物体之间的放电阻抗越大，越不容易发生静电击穿放电，并且放电电流越小。这个放电阻抗由释放电荷的物体1、接受电荷的物体2、两物体间的介质3个因素决定)接下来建模分析：（该模型假设静电放电形式如下：电荷大量积聚，导致击穿放电路径的耦合电容，导致放电路径的阻抗急剧变小（或者本来耦合电阻就十分小），导致瞬间大电流对电路造成的损害和干扰）（该模型只是一种简化模型，实际电路中的情况肯定复杂得多，但都可以基于这个模型去分析）（该模型中的电阻代表的是静电荷通过空气向外界慢慢释放

4、时的放电阻抗；而模型中的电容，一方面代表等效电容，另一方面代表静电荷击穿空气放电的情况（即等效为击穿电容）。一旦电压足够高，击穿电容，放电路径的阻抗就会急剧变小，形成瞬间大电流，这个也是我们主要去考虑的情形）图1（下面，以图1中红色层为信号线为例子进行分析）放电路径1：即信号线与大地之间的通路，假设是由空气、手机外壳、其他不重要、人体、ESD实验室中的耦合板、桌子椅子等等等等的物体构成的。放电路径2：即参考地与大地之间的通路，假设是由空气、手机外壳、其他不重要、人体、ESD实验室中的耦合板、桌子椅子等等等等的物体构成的。

5、放电路径3：即信号线与参考地之间的通路，假设是由电路之间的各种电子元件、部分PCB构成的。所以如果大量的电荷通过这条路径的话，会对电路造成不可预计的干扰，使我们设计时需要规避的。按目前的设计规范，手机中的3条放电路径，放电路径1的放电阻抗远远大于放电路径2的放电阻抗（因为信号面的“折合等效”面积远远小于地平面），放电路径3的放电阻抗数量级不好说，我想一般会远小于放电路径2，所以：放电阻抗：放电路径1＞＞＞放电路径2＞放电路径3假设初始手机为电中性，现在使用静电枪分别促使地平面/信号线积累大量电荷情况1：静电枪打在地平面上

6、电荷直接从放电路径2跑掉，没有经过内部器件，必然不会造成影响。情况2：静电枪打在信号线上电荷先通过放电路径3，从信号线到达参考地平面，然后再从放电路径2，到达大地。由于由电路之间的各种电子元件、部分PCB构成的，如果这个放电路径2上有一些敏感的元器件、信号线，就会对电路造成影响。所以，如下图2，在一些敏感的元器件和信号线上加TVS管，其实就是提供另外一条低阻抗的放电路径4，分走大部分通过放电路径3的电流，从而保护电路，并且同时钳住电压，防止电压过高打坏器件。图2综上所述：1.电子设备中防ESD的本质就是：防止积聚的静电电

7、荷在有电子元器件的路径中通过导致打坏器件，以及防止静电电荷通过路径时导致的系统误操作（瞬间大电流会造成电位变化和磁场干扰）。一般，可用TVS管钳住高位，防止电压过高，打坏器件。但是对于防止电位的变化，没有太可靠的办法，只能加电容来缓解。这也是为什么许多reset信号常常要保持低电平几ms才开始操作的原因，因为这个时间越长，抗ESD导致的电位误操作的能力就越强。2.这个参考地平面之所以可以作为良好的泄荷通路，其实和它是不是“参考地”无关，仅仅和它在大多数情况下，是放电阻抗很小的通路这一点有关。因此，如果仅仅是针对“静电电荷

8、不从器件和信号线上通过”这个目的，利用其他的电势面，也可以达到同样效果，如电池正极的平面，或者某个信号线的平面。只要把他们按照平面很大，覆盖很广，尖端多，和外界的等效接触很多这样的规律去布板就行了。但注意，这样的大平面应该只存在一个，否则如果存在多个这样的大平面，就可能会形成大平面--->大平面--->外界这样的低阻