手機靜電放電的ESD問題解決與防護

手機的功能越來越強大，而電路板卻越來越小，集成度越來越高。手機有幾個部分用于人機交互，這樣就存在著人體靜電放電的ESD問題。手機電路中需要進行ESD防護的部位有：SIM卡插座與CPU讀卡電路、鍵盤電路、耳機、麥克風電路、電源接口、數據接口、USB接口、彩屏LCD驅動接口。 ESD可能會造成手機工作異常、死機，甚至損壞并引發其他的安全問題。所以在手機上市之前，我國都強行要求進行入網測試，而入網測試中明確要求進行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，那么主要的解決方法與治水類似，就是“堵”和“疏”。如果有一個理想的殼體是密不透風的，靜電也就無從而入，當然不會有靜電問題了。但實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。 通過結構的改進，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。根據經驗，8kV的ESD在經過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，還可以用一個金屬屏蔽罩將其中的電路保護起來，金屬屏蔽罩再連接PCB的GND。用金屬屏蔽罩將模塊保護起來。 總之，ESD設計殼體上需要注意很多地方，首先是盡量不讓ESD進入殼體內部，zui大限度地減弱其進入殼體的能量。對于進入殼體內部的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一定要小心，因為很可能帶來意想不到的結果，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，走線的線寬和線距越寬，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，設計時需要找到平衡點。就ESD問題而言，設計上需要注意的地方很多，尤其是關于GND布線的設計以及線矩，很有講究。

PCB設計中應該注意的要點：

1、PCB板邊（包括通孔Via邊界）與其它布線之間的距離應大于0.3mm；

2、PCB的板邊全部用GND走線包圍；

3、GND與其它布線之間的距離保持在0.2mm～0.3mm；

4、Vbat與其它布線之間的距離保持在0.2mm～0.3mm；

5、重要的線如Reset、Clock等與其它布線之間的距離應大于0.3mm；

6、大功率的線如PA等與其它布線之間的距離保持在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問題加以注意之后，ESD還會不可避免地進入到手機電路中，尤其是以下幾個部件：SIM卡的CPU讀卡電路、鍵盤電路、耳機、麥克風電路、數據接口、電源接口、USB接口、彩屏LCD驅動接口，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，其缺點是響應速度太慢，放電電壓不夠，壽命短，電性能會隨時間變化。

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，其電流隨著電壓的升高而急劇上升。壓敏電阻內部發熱量很大，其缺點是響應速度慢，性能會因多次使用而變差，極間電容大。

3、閘流二極管（TSS）。它是半導體元件，閘流二極管開始時不會導通，處于“阻斷”狀態。當“過電壓”上升到閘流管的“放電電壓”時，導通并產生放電電流；當電流下降到zui小值時，閘流管會重新“阻斷”，并恢復到原來的“斷路狀態”。

4、瞬態電壓抑制器（TVS）。它是半導體器件，由于其zui大特點是快速反應（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TVS具有體積小、反應速度快等優點，現在的設計中使用TVS作為防護器件的比例越來越多。在使用時應注意放在需要保護的器件旁邊，到地的連線盡可能短，器件的布線應成串聯型，而不能布成并聯型。 ESD的問題是眾多重要問題之一。在不同的電子設備中有不同的方式來避免對電路的危害。由于手機體積小、密度大，在ESD的防護上有獨到的特點。