對(duì)于大部分工程師來說，ESD是一種挑戰(zhàn)，不僅要保護(hù)昂貴的電子元件不被ESD損毀，還要保證萬一出現(xiàn)ESD事件后系統(tǒng)仍能繼續(xù)運(yùn)行。這就需要對(duì)ESD沖擊時(shí)發(fā)生了什么做深入的了解，才能設(shè)計(jì)出正確的ESD保護(hù)電路。

　　我們的手都曾有過靜電放電（ESD）的體驗(yàn)，即使只是從地毯上走過然后觸摸某些金屬部件也會(huì)在瞬間釋放積累起來的靜電。我們許多人都曾抱怨在實(shí)驗(yàn)室中使用 導(dǎo)電毯、ESD靜電腕帶和其它要求來滿足工業(yè)ESD標(biāo)準(zhǔn)。我們中也有不少人曾經(jīng)因?yàn)榇中拇笠馐褂梦词鼙Ｗo(hù)的電路而損毀昂貴的電子元件。

　　對(duì)某些人來說ESD是一種挑戰(zhàn)，因?yàn)樾枰谔幚砗徒M裝未受保護(hù)的電子元件時(shí)不能造成任何損壞。這是一種電路設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，因?yàn)樾枰ＷC系統(tǒng)承受住ESD的沖擊，之后仍能正常工作，更好的情況是經(jīng)過ESD事件后不發(fā)生用戶可覺察的故障。

　　與人們的常識(shí)相反，設(shè)計(jì)人員完全可以讓系統(tǒng)在經(jīng)過ESD事件后不發(fā)生故障并仍能繼續(xù)運(yùn)行。將這個(gè)目標(biāo)謹(jǐn)記在心，下面讓我們更好地理解ESD沖擊時(shí)到底發(fā)生了什么，然后介紹如何設(shè)計(jì)正確的系統(tǒng)架構(gòu)來應(yīng)對(duì)ESD。

　　簡單的ESD模型

　　將一個(gè)電容充電到高電壓（一般是2kV至8kV），然后通過閉合開關(guān)將電荷釋放進(jìn)準(zhǔn)備承受ESD沖擊的“受損”器件（圖1）。電荷的極性可以是正也可以是負(fù)，因此必須同時(shí)處理好正負(fù)ESD兩種情況。

　　圖1：板級(jí)ESD通常涉及機(jī)器模型（MM）和人體模型（HBM）

　　破壞受損電路的高瞬態(tài)電壓一般具有幾個(gè)納秒的上升時(shí)間和大約100納秒的放電時(shí)間。受損電路不同，對(duì)正負(fù)沖擊的敏感性可能也有很大的不同，因此你需 要同時(shí)處理好正負(fù)沖擊。人體模型（HMB）和機(jī)器模型（MM）這兩種最常見模型之間的區(qū)別主要在于串聯(lián)電阻。人體模型的導(dǎo)電性沒有金屬那么好。

　　防止過壓損壞的最佳保護(hù)措施是用非線性電路進(jìn)行限壓或鉗位（圖2）。最常用的是專門的二極管，當(dāng)它們在前向偏置或處于齊納擊穿區(qū)時(shí)具有很低的阻抗。引入限壓器可以快速引起某些別的事件，因?yàn)橥ㄟ^電容放電會(huì)有大的浪涌電流經(jīng)過限壓器。

　　圖2：基本的限壓電路可以防止過壓損壞。

　　雖然消除了高瞬態(tài)電壓，但代之以幾個(gè)安培的浪涌電流可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)其它問題。具體取決于隨后路徑的總阻抗，浪涌電流可以達(dá)到幾個(gè)安培。在為芯 片設(shè)計(jì)I/O單元時(shí)，經(jīng)?？吹?A至16A的浪涌電流進(jìn)入器件。處理如此巨大的瞬態(tài)浪涌電流已經(jīng)成為ESD設(shè)計(jì)中的大問題。限制電壓還算比較容易，但形成 的電流可能使系統(tǒng)中其它地方的電路和地發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

　　被限壓器強(qiáng)制導(dǎo)入地的電流將在系統(tǒng)的那個(gè)節(jié)點(diǎn)中產(chǎn)生感應(yīng)性振鈴現(xiàn)象（圖3）。電源通常沿著地線傳播，并且是電源去耦電容的函數(shù)，因此系統(tǒng)核心仍能正常工 作。不過連到電路板上的控制線可能出現(xiàn)混亂，因?yàn)樗鼈兪窍鄬?duì)板外的地而建立的。結(jié)果可能在某個(gè)位置發(fā)生ESD事件，并致使電路板上的某個(gè)輸入端看起來出現(xiàn)故障。

　　圖3：通過限壓器將大的浪涌電流注入到地將引起PCB地的反彈，并表現(xiàn)為連接電感的一個(gè)函數(shù)。

　　堡壘的ESD防護(hù)作用

　　利用板級(jí)ESD，你可以嘗試建立一個(gè)堡壘，并在“護(hù)城河”上建立多個(gè)受控的接入點(diǎn)。連接到“城墻”之外的部分可以被廣義地分成幾個(gè)類別：協(xié)議受控的數(shù)據(jù)、 低帶寬檢測和控制線以及高速接口。前兩個(gè)比較容易處理，第三個(gè)具有一定程度的挑戰(zhàn)性。讓這三部分免遭ESD破壞有幾種不同的方法。

　　不管最終產(chǎn)品是什么樣，某種形式的保護(hù)性外殼將成為設(shè)備的一部分。隔離外殼內(nèi)的電路是需要仔細(xì)考慮的第一道防線。在理想情況下，連接電路板地的金屬外殼通常能起使用，但現(xiàn)代產(chǎn)品經(jīng)常采用非導(dǎo)電性的塑料或其它現(xiàn)代材料。

　　電路設(shè)計(jì)人員通常沒法控制建造城墻的材料，但對(duì)保護(hù)堡壘負(fù)有不可推卸的責(zé)任。在設(shè)計(jì)外殼時(shí)需要注意，到達(dá)機(jī)箱外部任何部分的ESD都會(huì)有無數(shù)路徑進(jìn)入內(nèi)部電路。