我們都了解靜電黏附在衣物上，通過(guò)接觸金屬物體會(huì)像閃電一樣產(chǎn)生電火花。靜電是古希臘人在2000年前發(fā)現(xiàn)的，他們應(yīng)用這種靜電原理作為行騙的工具。現(xiàn)在，靜電有了更多的用途，例如靜電復(fù)制、灰塵沉積、凈化空氣、靜電噴涂。

然而，不受控制的靜電對(duì)于電子設(shè)備也是一種威脅。早在1960年人們就發(fā)現(xiàn)厚膜和薄膜固態(tài)器件，金屬氧化半導(dǎo)體器件，個(gè)別電子器件如電阻、電容、晶振和雙極性集成電路容易被靜電放電（ESD）所損壞。隨著器件變?yōu)楦　⒏欤麄円哺菀资艿紼SD的侵害。

對(duì)于EMC來(lái)說(shuō)ESD是一個(gè)特殊的問(wèn)題，可以看到，降低系統(tǒng)對(duì)ESD敏感度的方法類(lèi)似于控制輻射干擾。

人體模型

人體是主要的ESD來(lái)源。電荷很容易傳輸?shù)饺梭w的傳導(dǎo)皮膚層。除了50pF的自由空間電容，人體主要的分布電容在腳底與大地之間，典型值為100pF。人體接觸電阻的大小取決于放電的部位。如果手指尖放電，電阻大約10kΩ，手掌放電大約1kΩ，手掌握金屬放電大約500Ω，如果大面積接觸金屬放電（例如金屬椅子）電阻可達(dá)50Ω。下圖為人體模型示意圖以及等效電路。

以150pF，500Ω人體模型以20000V放電為例。其峰值電流可以達(dá)到40A，上升時(shí)間1ns，下降時(shí)間100ns，上升時(shí)間取決于串聯(lián)的電感。最小化電感量是

設(shè)計(jì)ESD試驗(yàn)時(shí)最重要的問(wèn)題之一，應(yīng)保持其值小于0.1uH。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）指定的人體模型為150pF、150Ω（IEC Standard 801-2，1984）。

當(dāng)放電電壓低于3500V時(shí)，人體是沒(méi)有感覺(jué)的，而一些電子元件幾百伏的放電電壓就可毀壞，所以有些元件是在沒(méi)有察覺(jué)的情況下毀壞的。在另一種極限情況下，放電電壓高于25kV時(shí)，人本身也會(huì)受到侵害。

放電

電荷可以通過(guò)瀉放或電弧進(jìn)行放電。最好避免電弧，采用瀉放的方式放電。由于空氣有一定的濕度，電荷可以通過(guò)空氣釋放。濕度越大電荷瀉放越快。物體所帶電荷也可通過(guò)離子發(fā)生器使空氣帶反極性電荷中和掉，反極性電荷越多，中和即物體放電越快。

電荷瀉放可以使用通過(guò)導(dǎo)體接地的方式。所連接的地可以是大地（絕對(duì)的零電位），也可以是虛擬的地（很大的阻抗，典型為1MΩ，限制電流流通）。因?yàn)槿梭w是導(dǎo)體，可以帶接大地的靜電手鐲放電，然而因?yàn)橐挛锊皇菍?dǎo)體，所以人體接地不會(huì)釋放這部分電荷，這部分電荷要通過(guò)離子發(fā)生器或加大空氣濕度釋放。出于安全考慮，人體應(yīng)避免直接連接到大地（美國(guó)電網(wǎng)地線和中線連接在一起），人體與大地的最小阻抗應(yīng)為250kΩ（靜電手鐲一般通過(guò)1MΩ電阻接地），對(duì)地阻抗越大，放電時(shí)間越長(zhǎng)。

設(shè)備的ESD防護(hù)

能量釋放時(shí)可能通過(guò)以下三種方式耦合到電路中：

1、直接傳導(dǎo)

2、容性耦合

3、感性耦合

直接傳導(dǎo)通常會(huì)損壞電路。容性和感性耦合為當(dāng)放電發(fā)生在金屬物體或電纜線附近時(shí)，并且經(jīng)常耦合到敏感電路。

電路或系統(tǒng)可通過(guò)以下方式防護(hù)ESD：

1、減少電荷的靜態(tài)積累

2、通過(guò)絕緣阻止放電

3、提供電荷釋放路徑，旁路要流入電路的電流

4、屏蔽電路，抑制放電產(chǎn)生的電場(chǎng)

5、保護(hù)電路，抑制放電產(chǎn)生的磁場(chǎng)

大多數(shù)文獻(xiàn)在討論ESD防護(hù)時(shí)采用阻止電荷積累或釋放的方式（第1、2條）。盡管這些方法防護(hù)了生產(chǎn)、操作和運(yùn)輸過(guò)程中的ESD侵害，但忽略了產(chǎn)品的使用者。

設(shè)計(jì)ESD防護(hù)的第一步就是阻止放電電流直接流入敏感電路。這可以通過(guò)絕緣電路或?yàn)榉烹婋娏魈峁┢渌窂綄?shí)現(xiàn)。如果使用絕緣的方法，絕緣層必須閉合，因?yàn)樵诓贿B續(xù)的地方會(huì)通過(guò)氣隙打火。為了旁路放電電流，所有裸露在外的導(dǎo)體必須接地。因?yàn)榉烹婋娏魍ㄟ^(guò)導(dǎo)體流動(dòng)，所以露出的導(dǎo)體數(shù)目、位置以及接地情況都是十分重要的。

為了靜電防護(hù)接地的基本原則為在放電電流可能流通的地方多點(diǎn)低阻抗接地，放電電流流通路徑上最好不要只是單點(diǎn)接地。一般電路如果帶有接地的金屬外殼，則可轉(zhuǎn)移放電電流流入大地。為了更加有效，金屬外殼最好是封閉的，否則可能會(huì)有一部分電流流入內(nèi)部電路，如下圖所示。

對(duì)于高頻電路，必須保證各點(diǎn)接地良好。對(duì)于不接地或是接地不當(dāng)，ESD電流的流通路徑就很復(fù)雜并且難以預(yù)測(cè)了，可能通過(guò)系統(tǒng)寄生電容或是系統(tǒng)對(duì)于周?chē)h(huán)境的分布電容流通。

從上圖可以看出，閉合金屬屏蔽層發(fā)生ESD時(shí)，盡管內(nèi)部電路基準(zhǔn)電壓會(huì)升高，但是在電路內(nèi)部沒(méi)有產(chǎn)生電勢(shì)差，不會(huì)損壞電路。但是如果屏蔽層不封閉，則放電電流流入電路內(nèi)部，就可能產(chǎn)生電勢(shì)差損壞電路。如果內(nèi)部電路連接到大地，并且系統(tǒng)具有閉合的屏蔽層，內(nèi)部電路與屏蔽層之間沒(méi)有直接連接，那么當(dāng)ESD發(fā)生時(shí)，很可能使屏蔽層對(duì)內(nèi)部電路有很高的電勢(shì)差，從而發(fā)生二次打火。二次打火危害更大，如果屏蔽層沒(méi)有接地，那么內(nèi)部電路就會(huì)感應(yīng)到與打火的源電壓相同的電勢(shì)。二次打火可通過(guò)增加內(nèi)部電路的金屬器件與屏蔽層的距離避

免，這個(gè)距離必須能夠承受對(duì)于接地的屏蔽層1500伏的電壓，對(duì)于不接地的屏蔽層25000伏的電壓。工程上認(rèn)為空氣擊穿電壓為30kV/cm（75kV/in.）；因此內(nèi)部電路的金屬器件與屏蔽層的最小距離，屏蔽層接地時(shí)為0.05cm，屏蔽層不接地時(shí)為0.84cm。即使不發(fā)生二次打火，金屬屏蔽層與內(nèi)部電路具有強(qiáng)電場(chǎng)也是一個(gè)問(wèn)題。所以經(jīng)常在屏蔽層與內(nèi)部電路之間設(shè)置第二層屏蔽，這層屏蔽應(yīng)連接到內(nèi)部電路的地上。

如果內(nèi)部電路與屏蔽層相連，那么只能有一個(gè)連接點(diǎn)以阻止放電電流流過(guò)內(nèi)部電路。下面右圖即為此種連接，發(fā)生ESD時(shí)，電路與屏蔽層電壓同時(shí)升高，內(nèi)部不產(chǎn)生電勢(shì)差。發(fā)生ESD時(shí)，由于線路電感，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大約幾千伏的對(duì)地電壓，線路內(nèi)部不產(chǎn)生電勢(shì)差，那么這幾千伏的電壓會(huì)產(chǎn)生什么影響呢？他會(huì)以共模電壓的形式干擾輸出線路，因此問(wèn)題從屏蔽變?yōu)檩敵龆丝诟蓴_。如果這個(gè)共模電壓干擾到功率線一般不會(huì)造成損害，但如果干擾到連接邏輯門(mén)電路的信號(hào)線，就將毀壞門(mén)電路。也可以反過(guò)來(lái)考慮，如果ESD發(fā)生在輸出線一端，也可能損害這種屏蔽的電路，因此應(yīng)用這種與大地單點(diǎn)連接的電路時(shí)，要對(duì)輸出線路采取相應(yīng)的措施以防護(hù)ESD侵害。

接口電纜可使用以下方法防護(hù)ESD：

1、使用屏蔽線

2、共模濾波電感（注意應(yīng)使繞線間寄生電容盡量小）

3、過(guò)壓鉗位設(shè)備

4、電纜旁路濾波器

當(dāng)電路與屏蔽層單點(diǎn)連接時(shí)，這個(gè)連接點(diǎn)應(yīng)盡量靠近輸入電纜線（如下圖）。也可使用電容或是穩(wěn)壓管來(lái)旁路ESD電流。要注意的是，這個(gè)電容或穩(wěn)壓管反映要足夠快，通常應(yīng)小于1ns。這幾種方式可以防止ESD發(fā)生時(shí)損壞器件，但是防護(hù)不了軟件錯(cuò)誤，因?yàn)檩斎攵巳匀挥性胗嶋妷骸榱朔乐管浖芨蓴_，可使用輸入濾波器、平衡電路等方式。

在屏蔽層為金屬材料時(shí)，屏蔽層為ESD電流提供了一個(gè)低阻抗路徑。但在屏蔽層為絕緣材料時(shí)，這條低阻抗路徑就不存在了，這使ESD防護(hù)更加困難。

ESD與EMC的關(guān)系

ESD是所有EMC控制項(xiàng)目中的一個(gè)特例。二者最大的區(qū)別就是ESD帶有很大的電壓和電流。然而，二者可以用相同的方式加以控制。端口線纜的ESD防護(hù)與共模電壓的抑制很相近。系統(tǒng)適宜的設(shè)計(jì)ESD控制對(duì)于EMC性能大有好處，此外ESD測(cè)試還經(jīng)常被用作檢測(cè)EMC設(shè)計(jì)上的缺陷。