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          手機靜電放電的ESD問(wèn)題解決與防護
          點(diǎn)擊次數:7484 更新時(shí)間:2016-08-17

          手機的功能越來(lái)越強大,而電路板卻越來(lái)越小,集成度越來(lái)越高。手機有幾個(gè)部分用于人機交互,這樣就存在著(zhù)人體靜電放電的ESD問(wèn)題。手機電路中需要進(jìn)行ESD防護的部位有:SIM卡插座與CPU讀卡電路、鍵盤(pán)電路、耳機、麥克風(fēng)電路、電源接口、數據接口、USB接口、彩屏LCD驅動(dòng)接口。 ESD可能會(huì )造成手機工作異常、死機,甚至損壞并引發(fā)其他的安全問(wèn)題。所以在手機上市之前,我國都強行要求進(jìn)行入網(wǎng)測試,而入網(wǎng)測試中明確要求進(jìn)行ESD和其它浪涌沖擊的測試。其中接觸放電需要做到8kV靜電正常,空氣放電需要做到15kV靜電正常,這就對ESD的設計提出了較高的要求。

          手機中ESD問(wèn)題解決與防護

          一、殼體的設計

          如果將釋放的靜電看成是洪水的話(huà),那么主要的解決方法與治水類(lèi)似,就是“堵”和“疏”。如果有一個(gè)理想的殼體是密不透風(fēng)的,靜電也就無(wú)從而入,當然不會(huì )有靜電問(wèn)題了。但實(shí)際的殼體在合蓋處常有縫隙,而且許多還有金屬的裝飾片,所以一定要加以注意。 其一,用“堵”的方法。盡量增加殼體的厚離,即增加外殼到電路板之間的距離,或者通過(guò)一些等效方法增加殼體氣隙的距離,這樣可以避免或者大大減少ESD的能量強度。 通過(guò)結構的改進(jìn),可以增大外殼到內部電路之間氣隙的距離,從而使ESD的能量大大減弱。根據經(jīng)驗,8kV的ESD在經(jīng)過(guò)4mm的距離后能量一般衰減為零。 其二,用“疏”的方法,可以用EMI油漆噴涂在殼體的內側。EMI油漆是導電的,可以看成是一個(gè)金屬的屏蔽層,這樣可以將靜電導在殼體上;再將殼體與PCB(Printed Circuit Board)的地連接,將靜電從地導走。這樣處理的方法除了可以防止靜電,還能有效抑制EMI的干擾。如果有足夠的空間,還可以用一個(gè)金屬屏蔽罩將其中的電路保護起來(lái),金屬屏蔽罩再連接PCB的GND。用金屬屏蔽罩將模塊保護起來(lái)。 總之,ESD設計殼體上需要注意很多地方,首先是盡量不讓ESD進(jìn)入殼體內部,zui大限度地減弱其進(jìn)入殼體的能量。對于進(jìn)入殼體內部的ESD盡量將其從GND導走,不要讓其危害電路的其它部分。殼體上的金屬裝飾物使用時(shí)一定要小心,因為很可能帶來(lái)意想不到的結果,需要特別注意。

          二、 手機PCB設計

          手機PCB(Printed Circuit Board)都是高密度板,通常為6層板。隨著(zhù)密度的增加,趨勢是使用8層板,其設計一直都需要考慮性能與面積的平衡。一方面,越大的空間可以有更多的空間擺放元器件,同時(shí),走線(xiàn)的線(xiàn)寬和線(xiàn)距越寬,對于EMI、音頻、ESD等各方面性能都有好處。另一方面,手機體積設計的小巧又是趨勢與需要。所以,設計時(shí)需要找到平衡點(diǎn)。就ESD問(wèn)題而言,設計上需要注意的地方很多,尤其是關(guān)于GND布線(xiàn)的設計以及線(xiàn)矩,很有講究。

          PCB設計中應該注意的要點(diǎn):

          1、PCB板邊(包括通孔Via邊界)與其它布線(xiàn)之間的距離應大于0.3mm;

          2、PCB的板邊全部用GND走線(xiàn)包圍;

          3、GND與其它布線(xiàn)之間的距離保持在0.2mm~0.3mm;

          4、Vbat與其它布線(xiàn)之間的距離保持在0.2mm~0.3mm;

          5、重要的線(xiàn)如Reset、Clock等與其它布線(xiàn)之間的距離應大于0.3mm;

          6、大功率的線(xiàn)如PA等與其它布線(xiàn)之間的距離保持在0.2mm~0.3mm;

          7、不同層的GND之間應有盡可能多的通孔(VIa)相連;

          8、在zui后的鋪地時(shí)應盡量避免尖角,有尖角應盡量使其平滑。

          三、手機電路設計

          在殼體和PCB的設計中,對ESD問(wèn)題加以注意之后,ESD還會(huì )不可避免地進(jìn)入到手機電路中,尤其是以下幾個(gè)部件:SIM卡的CPU讀卡電路、鍵盤(pán)電路、耳機、麥克風(fēng)電路、數據接口、電源接口、USB接口、彩屏LCD驅動(dòng)接口,這些部位很可能將人體的靜電引入手機中。所以,需要在這些部分中使用ESD防護器件。ESD防護器件主要有以下幾種:

          1、氣體放電管(GDT)。它是具有一定氣密的玻璃或陶瓷外殼,中間充滿(mǎn)穩定的氣體,如氖或氬,并保持一定壓力。GDT通流量大、極間電容小,可自行恢復,其缺點(diǎn)是響應速度太慢,放電電壓不夠,壽命短,電性能會(huì )隨時(shí)間變化。

          2、壓敏電阻(MOV)。它是陶瓷元件,將氧化鋅和添加劑在一定條件下“燒結”,電阻受電壓的強烈影響,其電流隨著(zhù)電壓的升高而急劇上升。壓敏電阻內部發(fā)熱量很大,其缺點(diǎn)是響應速度慢,性能會(huì )因多次使用而變差,極間電容大。

          3、閘流二極管(TSS)。它是半導體元件,閘流二極管開(kāi)始時(shí)不會(huì )導通,處于“阻斷”狀態(tài)。當“過(guò)電壓”上升到閘流管的“放電電壓”時(shí),導通并產(chǎn)生放電電流;當電流下降到zui小值時(shí),閘流管會(huì )重新“阻斷”,并恢復到原來(lái)的“斷路狀態(tài)”。

          4、瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)。它是半導體器件,由于其zui大特點(diǎn)是快速反應(1ns~5ns)、非常低的極間電容(1pf~3pf),很小的漏電流(1μA)和很大的耐流量,尤其是其結合芯片的方式,非常適合各種接口的防護。 因為T(mén)VS具有體積小、反應速度快等優(yōu)點(diǎn),現在的設計中使用TVS作為防護器件的比例越來(lái)越多。在使用時(shí)應注意放在需要保護的器件旁邊,到地的連線(xiàn)盡可能短,器件的布線(xiàn)應成串聯(lián)型,而不能布成并聯(lián)型。 ESD的問(wèn)題是眾多重要問(wèn)題之一。在不同的電子設備中有不同的方式來(lái)避免對電路的危害。由于手機體積小、密度大,在ESD的防護上有獨到的特點(diǎn)。

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