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連接器金屬外殼搭接不良對靜電放電抗擾(rǎo)度的影響

更新時間:2023-10-17      點擊(jī)次數(shù):1013

一、現象描述

某產品(pǐn)在(zài)進行靜電放電抗擾度測試時,當對產品中某PCB的DB連接器外殼(如下(xià)圖所示)進行靜電放電(-4KV 接觸放電)時(shí),出現係統複位的現象。

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後來檢查該DB連接器,發現該連接器的外殼沒有和金屬外殼形成良好(hǎo)的搭接,用(yòng)導電膠將DB連(lián)接器與外殼良好搭接後,再進行測試(shì)(-6KV接(jiē)觸放電),工作正常,係統(tǒng)不再複位。

靜電測試(shì)的示意圖如下圖所示,想要詳細了解靜電測試的實(shí)質的話可(kě)以參考我之前的文章《EMC 測試實質之ESD抗擾度》:

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究(jiū)竟是什麽原因導致的呢?想要分析靜電(diàn)帶來的問題時可以從(cóng)下麵幾方麵來考慮(lǜ):
  • 首先判斷測試位置是連接器還是縫隙,連接器是(shì)金屬的還是其它(tā)的材料的,產品外殼是金屬還是其它材(cái)料。

  • 如果是金屬材料(liào),分析產品是否接大地(也稱(chēng)為PE),如果是浮地係統,則看是否接了功能地。

  • 查看金屬連接器或者金屬按(àn)鍵等是否和金(jīn)屬外殼搭接良(liáng)好(hǎo),金屬外殼是否接大地。

總之,靜電問(wèn)題,一般都是接地不良或者金屬搭接不良導致的。

二、原因分析

靜電放電(如下圖所示)是一種瞬態能量高,寬頻譜(pǔ)的(de)一種電磁騷擾 ,它主(zhǔ)要(yào)通過以下兩種途徑來幹擾EUT:

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  • 直接能量,瞬態的大電流導(dǎo)致內部電路損壞(如IC芯片的損壞,)或者電路(lù)出現錯誤(出現閂鎖效應)。

  • 空間耦(ǒu)合,由上圖可知,ESD的前沿時間很短, 約 0.7-1ns, 其頻譜範圍可以(yǐ)達到數百MHz,所以稍微(wēi)長一點的線纜(lǎn),PCB中的(de)微帶線或帶狀線都可能形成有效的耦合。

如前麵所述,在測(cè)試(shì)中發現DB連接器的金屬外(wài)殼和產品外殼之間有很明(míng)顯的縫(féng)隙,從電路的角度來看,這個縫隙就等效為一個阻抗,在(zài)DB外殼上的靜電放電電流(如圖中虛線所示)的作用下,就會產生較高的壓降ΔU

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我們知道,在圖中存在分布電容的地方有如下幾個地方:

  • DB連接器外殼及機殼與內部電(diàn)路的地平麵

  • DB連接器外殼及機殼與信號線(xiàn)之間

  • 其中DB連接器外殼及機殼與PCB中地平麵之(zhī)間的分布電容最大,如圖中Cp所示,該分布電容在靜電放電高頻幹擾(rǎo)的情況下影響也最大。

在 ΔU 存(cún)在的情況下,必然導致一部(bù)分靜電放電電流經分布電容Cp流(liú)向(xiàng)地平(píng)麵(miàn), 最後流向大地,如圖中虛線 A 所示。

實際上,PCB中的地平麵也(yě)並不是理想的地(dì)麵,其並不完整(完整(zhěng)的地平麵阻抗為3mΩ),存在一定的阻抗,因為一般地平麵上一定有過孔,過孔的縫隙會導致阻抗不連續。

當幹擾電(diàn)流流(liú)經工作地平(píng)麵時,由於阻抗的存在, 就會出現壓降 ΔU1 , 而這個 ΔU1就是造成電路混亂的元凶。

另(lìng)外,ΔU也是常常是引起輻射(shè)發(fā)射的超標的原因之一。

通過以上(shàng)分析,我們可以認為,如果阻抗不連續,幹擾信號就(jiù)很難較快地泄放,這樣就會通過分布電容耦(ǒu)合(hé)到內部(bù)電路,從而出現損壞或者內部電路混亂。

如(rú)果搭(dā)接良好,靜電就會很(hěn)快泄放到外殼上(shàng)並導入到大地上(前提是外(wài)殼也接好大地)。

另外搭接(jiē)良(liáng)好,會(huì)使外殼具有更好的屏蔽效果,在靜電泄放過程中產生的(de)電磁場就會被屏蔽在外殼外部, 從而保證了內部電路的穩定。

三、處理措施

為了保證DB連接器金屬外殼與產(chǎn)品外殼良好搭接,可以將DB連接器(qì)通過(guò)螺(luó)釘固定在外殼上麵,使 DB連接器與金屬麵(miàn)板緊密連接。

從而保持了DB連接器外殼和金屬外殼的電連續性。這樣不僅能提高(gāo)整機的屏蔽效能,還能使靜電騷擾電流通過金屬外殼很快地泄放掉(diào), 問題得到了解決。

四(sì)、思考和啟(qǐ)示

經過上麵的分析(xī),我(wǒ)們可(kě)以得到如下啟示:

  1. 防止靜電幹(gàn)擾(rǎo)直接耦合進PCB的一個有效方法是將靜電(diàn)幹擾信號(hào)通(tōng)過導體直接接到(dào)大地上。

  2. 要保持靜電放電點的阻抗連續。

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