《電子技術(shù)應(yīng)用》
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為什么不能用手摸電路板?

2017-11-09
作者:ZLG致遠(yuǎn)電子
關(guān)鍵詞: 靜電 電子元器件 擊穿 可靠性

冬天來了,人體可釋放高達(dá)幾萬伏特的靜電,年底項(xiàng)目也到了收尾階段,大家千萬別因?yàn)閿y帶靜電的手直接觸摸帶電主板而導(dǎo)致主板燒壞!

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人手不能直接接觸或觸摸電路板是電子工程師的常識(shí),這是為什么呢?

一、靜電的危害

不同的環(huán)境下,人體攜帶的靜電電壓從幾伏幾百伏到幾萬伏不等。人手接觸電子元器件(導(dǎo)體)會(huì)產(chǎn)生靜電放電,使器件損壞,降低可靠性;嚴(yán)重時(shí),靜電放電造成器件擊穿,使產(chǎn)品直接報(bào)廢。

 此外,靜電放電過程同時(shí)輻射出某種頻率下的無線電波,干擾周邊微處理器,造成應(yīng)用程序運(yùn)行紊亂,嚴(yán)重影響設(shè)備的正常工作。

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圖2 注意靜電

因此在日常的生產(chǎn)、工作中需規(guī)范操作(包括正確佩戴靜電環(huán));盡量避免人手直接接觸電子元器件,特別是在帶電狀態(tài)。

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圖3 人體靜電

二、靜電對(duì)核心板反饋回路的影響

以M3352工業(yè)級(jí)核心板(Cortex-A8內(nèi)核)為例進(jìn)行測(cè)試(該核心板通過了電磁兼容工業(yè)4級(jí)試驗(yàn),包括靜電、浪涌、脈沖群、傳導(dǎo)騷擾等),在上電狀態(tài)下,工程師手指觸摸圖4所示黃色圈注位置,可誘發(fā)系統(tǒng)重啟現(xiàn)象。這是什么原因呢?

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圖4 M3352工業(yè)級(jí)核心板

圖4黃色圈注區(qū)域(R80,C116,R79,R78)是系統(tǒng)主電源3.3V DC-DC的負(fù)反饋及補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(FB部分),如圖5所示。

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圖5 系統(tǒng)電源電路

人手觸摸(人體等效電阻等引入干擾)改變反饋回路特性(包括極點(diǎn)發(fā)生偏移),造成反饋回路震蕩,導(dǎo)致DC-DC輸出電壓不穩(wěn)定。

DC-DC的輸出電壓不穩(wěn)定,輕者導(dǎo)致系統(tǒng)重啟(DC-DC自動(dòng)調(diào)低輸出電壓),嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞電路板主芯片(DC-DC自動(dòng)調(diào)高輸出電壓),因此主板帶電禁止觸摸。

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圖6 主板帶電禁止觸摸

三、如何預(yù)防靜電

1. 防靜電無繩手腕帶

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圖7 防靜電無繩手腕帶

根據(jù)“電暈放電”效應(yīng)和尖端放電原理,當(dāng)聚積的電荷超過一定值時(shí)因電位差向空間放電,從而達(dá)到消除靜電的目的。特點(diǎn):方便、可靠,流動(dòng)崗位才允許佩戴。靜電耗散時(shí)間:小于0.5s;

2. 防靜電手腕帶

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圖8 防靜電手腕帶

人體皮膚與手腕帶上的導(dǎo)靜電材料直接接觸,當(dāng)手腕帶接地時(shí),通過接地系統(tǒng)將人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的靜電迅速泄放。靜電泄放時(shí)間:小于0.1s;

3. 防靜電PU涂層手套

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圖9 防靜電PU涂層手套

防靜電PU手套可進(jìn)一步預(yù)防人體靜電通過手部接觸傳導(dǎo)至電路板。手背導(dǎo)電絲間距:10mm。

四、核心板對(duì)靜電防護(hù)措施

工業(yè)級(jí)核心板對(duì)靜電的保護(hù)措施此處以致遠(yuǎn)電子的M3352工業(yè)級(jí)核心板為例進(jìn)行說明,如如10所示為M3352核心板,圖11為M3352P評(píng)估板。    M3352采用的是Cortex-A8平臺(tái)的AM3352,主頻800MHz,雙CAN、雙網(wǎng)口、6串口,工作溫度-40℃ ~ +85℃。M3352核心板配合評(píng)估底板可從硬件防護(hù)和軟件防護(hù)兩個(gè)方面進(jìn)行靜電防護(hù)。

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圖10 M3352工業(yè)級(jí)核心板

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圖11 M3352評(píng)估套件

五、硬件防護(hù)——電磁兼容工業(yè)4級(jí)

靜電放電抗擾度:空氣放電±15KV,接觸放電±8KV;

電快速瞬變脈沖群:干擾頻率5KHz、100KHz,脈沖群時(shí)間300(1±20%)ms;

雷擊(浪涌)抗擾度:2KV電容耦合與氣體放電管耦合,1次/分鐘;

傳導(dǎo)騷擾抗擾度:3V電容耦合與氣體放電管耦合, 試驗(yàn)頻率150KHz~ 80MHz。

六、軟件防護(hù)——雙系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

操作系統(tǒng)通常存儲(chǔ)于Flash中,F(xiàn)lash的頻繁擦寫易出現(xiàn)壞塊,產(chǎn)品的靜電干擾、意外掉電易引發(fā)操作系統(tǒng)丟失、文件系統(tǒng)損壞。M3352核心板在正常運(yùn)行的系統(tǒng)外,冗余設(shè)計(jì)一處備份系統(tǒng),在Flash正常存儲(chǔ)系統(tǒng)的區(qū)域出現(xiàn)壞塊情況下,備份系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng),確保產(chǎn)品依然能夠穩(wěn)定工作。

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