靜電放電電流環路的干擾機理分析

靜電放電過程中靜電干擾主要通過三種間接耦合方式干擾敏感源，即電場耦合、磁場耦合、地彈。前文已經深入分析了靜電放電過程中的電場耦合，今天就談談靜電放電過程中的磁場耦合，也可以理解環路耦合。

熟話說的好〝人往高處走，水往低處流〞，靜電電流也會選擇阻抗最低的路徑返回到源端。靜電電流流會源端的路徑實際上就構成了電流環路，當敏感信號形成的電流環路與靜電電流環路存在共環路時，就會將靜電放電干擾耦合到敏感信號環路內，干擾敏感信號。

靜電放電電流環路存在高頻變化的電流噪聲，敏感信號電流環路靠近靜電放電環路時，也會在敏感信號環路產生感應噪聲電流，噪聲電流流入敏感器件內，則會造成其損毀或者使其誤觸發。

靜電電流環路與敏感信號電路環路共同流過一段阻抗，靜電放電電流則會在共同的那段阻抗上產生高頻電壓，此高頻電壓噪聲也會通過共同的阻抗將靜電放電產生的高頻電壓疊加的敏感信號上，干擾敏感信號。

一、靜電放電電流環路分析

ESD調試就是找出靜電電流泄放路徑中的敏感信號，并對其進行ESD防護，提高其抗靜電能力。在無法提高敏感信號抗靜電能力的情況下，則想辦法改變靜電電流泄放路徑，使其返回到源端時不經過敏感信號區域，從而避免或最大限度減小對敏感信號的影響。

靜電放電電流泄放路徑受結構設計、PCB設計、接地設計、輔助設備、輔助設備接地等影響，Ⅰ類設備與Ⅱ類設備靜電電流泄放路徑也完全不同。靜電電流泄放路徑分析必須有前提條件，接下來分別對I類設備和II類靜電電流泄放路徑進行深入分析。

1.1 I類設備靜電電流泄放路徑分析

對于使用3Pin線芯電源線的設備，其中PE地線通常連接到系統的金屬殼體上，金屬殼體由于具有低阻抗特性，為靜電電流泄放提供低阻抗路徑。靜電電流從靜電放電測試點到達金屬殼體的路徑所經過的路徑，往往容易被工程師忽略。

電路板通過接地螺絲鎖附在金屬殼體上，金屬殼體通過PE地線連接到參考地平面上，對外部端子進行靜電放電時，靜電從外部端子進入電路板，并通過接地螺絲到金屬殼體上，再通過PE地線回流到靜電槍接地端構成靜電電流環路。

由于接地孔及接地螺絲寄生電感的存在，靜電高頻噪聲電流不一定全部從靠近外部端子最近的接地螺絲流入金屬殼體，可能部分靜電電流通過遠端的接地螺絲孔流入金屬殼體，流過遠端螺絲孔到金屬殼體的靜電電流則會經過電路1與電路2，造成兩個電路收到靜電放電噪聲干擾。

此時在外部端子側面增加金屬擋板，并將外部端子的金屬外殼通過螺絲或者導電襯墊連接到金屬擋板上，金屬擋板通過螺絲鎖附于金屬殼體上。對外部端子金屬外殼進行靜電放電時，靜電高頻噪聲電流大部分通過外部端子金屬外殼導流到金屬擋板，再經過金屬擋板導流到金屬殼體，通過PE地線回流到靜電槍接地端，靜電電流不會流經電路1與電路2，也不會干擾這個電路。

1.2 II類設備靜電電流泄放路徑分析

II類設備由于沒有PE地線，靜電放電干擾泄放存在兩條路徑:一條路徑是靜電放電噪聲通過外部端子金屬電路板，再經過接地螺絲進入金屬殼體，通過金屬殼體與PE地之間的分布電容耦合流回靜電槍接地端構成靜電電流路徑。另一條路徑則是通過L、N線上的Y電容將金屬殼體上的靜電放電高頻噪聲耦合到電網，再通過電網端PE地回流到靜電槍接地端溝通電流環路。

II類設備靜電電流泄放路徑選擇實際上是由金屬殼體與PE地之間寄生電容與路徑中的寄生電感構成的串聯阻抗與電源泄放路徑中的阻抗比較，哪條路徑中的阻抗小，靜電電流從哪條路徑泄放的就多。不管從那條路徑泄放，都應該使其避免經過敏感電路。

二、靜電放電電流環路的干擾機理分析

2.1 靜電放電噪聲與敏感信號共阻抗耦合

電路1傳輸信號給電路2，信號回流路徑經過電路2參考地平面回流電路1構成電流環路；靜電電流從外部端子進入電路板參考地平面，假設遠端接地螺絲進入殼體后，再經過PE地線回流到靜電槍接地端，兩個路徑有一段共用地阻抗，靜電放電高頻電流流過共用地阻抗產生高頻噪聲電壓疊加到信號傳輸環路，噪聲信號傳輸受到干擾而傳輸中斷，甚至損壞器件。

2.2 靜電放電環路與敏感信號環路感應耦合

靜電放電電流環路靠近信號傳輸環路時，靜電放電環路中的高頻電流噪聲則在臨近的信號環路產生感應電壓噪聲，當噪聲電壓超過信號電壓容限時，就會干擾其工作狀態。

三、靜電放電電流泄放路徑ESD問題案例

3.1 外部端子金屬外殼搭接ESD案例

問題現象描述：

對RS-232端子金屬外殼進行接觸放電±4KV測試時，出現RJ45網絡信號斷連的情況，分析問題原因是RS-232金屬外殼與金屬擋板之間接觸不良，靜電電流無法通過金屬擋板導流到金屬殼體，再通過PE線回流到靜電槍接地端構成電流環路。靜電電流流入板卡內部干擾敏感信號，導致RJ45網路斷連現象出現。

審核編輯：湯梓紅