塑料外殼與金屬外殼連接器對ESD的影響分析

（文章來源：電子工程網(wǎng)）

對某一采用金屬外殼的多媒體產(chǎn)品進(jìn)行ESD測試過程中，對音頻接口進(jìn)行2 kV的靜電測試時(shí)，很容易使監(jiān)視器上出現(xiàn)馬賽克和圖像凝固現(xiàn)象，測試失敗。

經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，音頻接口的外殼是塑膠殼，而音頻信號線的接頭又靠外，所以靜電干擾信號可以通過音頻信號線直接耦合到PCB上，進(jìn)而使設(shè)備運(yùn)行異常。靜電是一種高壓能量的泄放，靜電放電測試時(shí)，靜電干擾信號有就近相對低電位導(dǎo)體泄放的特點(diǎn)，使用塑膠外殼的音頻頭時(shí)，音頻信號線是離靜電放電槍頭最近的導(dǎo)體，靜電干擾信號只有就近泄放到音頻信號線上，如此高電壓的靜電信號通過信號線傳輸?shù)皆O(shè)備內(nèi)部，必然造成設(shè)備的運(yùn)行異常或損壞，如圖1所示。

圖1 靜電失效原理

如果靜電放電點(diǎn)不發(fā)生在信號線上，那估計(jì)情況會好很多。為了使設(shè)備能在靜電放電測試中順利通過，最好的辦法就是讓靜電放電能量從良好的接地路徑放走，而使設(shè)備內(nèi)部的任何電路、器件和信號不受靜電能量的直接干擾。對于本設(shè)備來講，要達(dá)到此目的，就要改變在音頻接口處放電時(shí)靜電放電能量的泄放路徑。采用金屬外殼的音頻接口連接器并將連接器外殼接地，可以很好地改變靜電放電路徑，如圖2所示。

圖2 采用金屬外殼連接器作為良好的抗靜電放電干擾的設(shè)計(jì)，有必要做一些補(bǔ)充說明。

在圖3所示的電路中，當(dāng)靜電放電點(diǎn)在設(shè)備的金屬外殼上時(shí)，由于金屬外殼本身存在不良搭接及孔縫，當(dāng)靜電放電電流流經(jīng)不良搭接及孔縫時(shí)，必然產(chǎn)生壓降ΔU，此壓降對接地的電路產(chǎn)生直接的影響，即使是不接地的內(nèi)部電路（即沒有圖3中的粗線），也會因?yàn)槿菪择詈蠈﹄娐樊a(chǎn)生影響。同時(shí)，如果孔縫尺寸與靜電放電信號頻率的波長可以比擬，也會成為縫隙天線而發(fā)射靜電放電電流的電磁能量。

圖3 靜電電流引起的輻射

因此，作為靜電放電的泄放路徑來說，必須保持低阻抗。否則，可能有電弧通過電子線路形成的更低阻抗的通路。高頻時(shí)由于趨膚效應(yīng)，阻抗會有所增加，可以增加表面積來緩解這一問題。什么是EMC中的低阻抗呢？實(shí)踐證明，具有長寬比小于3的完整（沒有縫隙、沒有開孔）金屬平面可以很好地滿足靜電放電泄放。

就近泄放的特點(diǎn)，改變靜電泄放路徑，將原塑膠外殼的音頻接口連接器，改成帶金屬外殼的音頻連接器，并使金屬外殼和機(jī)殼保持良好的電連續(xù)性，使靜電放電干擾從音頻連接器外殼——機(jī)殼流向大地，從而保護(hù)了音頻接口中的信號。經(jīng)過測試，采用金屬外殼音頻連接器的該多媒體設(shè)備抗靜電放電干擾能力達(dá)空氣放電± 8 kV、接觸放電± 6 kV，本案例所述問題得到解決。

對于設(shè)備的信號連接器接口，連接器件的選擇及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要避免靜電放電干擾信號直接耦合到信號線中。在連接器的選用中，如果塑膠外殼不能達(dá)到所要求的空氣放電絕緣距離的要求，就必須采用帶有金屬外殼的連接器，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，使該連接器外殼有良好的接地特性。
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