手機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，而電路板卻越來越小，集成度越來越高。手機(jī)有幾個部分用于人機(jī)交互，這樣就存在著人體靜電放電的ESD問題。手機(jī)電路中需要進(jìn)行ESD防護(hù)的部位有：SIM卡插座與CPU讀卡電路、鍵盤電路、耳機(jī)、麥克風(fēng)電路、電源接口、數(shù)據(jù)接口、USB接口、彩屏LCD驅(qū)動接口。 ESD可能會造成手機(jī)工作異常、死機(jī)，甚至損壞并引發(fā)其他的安全問題。所以在手機(jī)上市之前，我國都強(qiáng)行要求進(jìn)行入網(wǎng)測試，而入網(wǎng)測試中明確要求進(jìn)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(shè)計(jì)提出了較高的要求。 手機(jī)中ESD問題解決與防護(hù) 一、殼體的設(shè)計(jì) 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(fēng)的，靜電也就無從而入，當(dāng)然不會有靜電問題了。但實(shí)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(qiáng)度。 通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可以增大外殼到內(nèi)部電路之間氣隙的距離，從而使ESD的能量大大減弱。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，8kV的ESD在經(jīng)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(nèi)側(cè)。EMI油漆是導(dǎo)電的，可以看成是一個金屬的屏蔽層，這樣可以將靜電導(dǎo)在殼體上；再將殼體與PCB（Printed Circuit Board）的地連接，將靜電從地導(dǎo)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(hù)起來，金屬屏蔽罩再連接PCB的GND。用金屬屏蔽罩將模塊保護(hù)起來。 總之，ESD設(shè)計(jì)殼體上需要注意很多地方，首先是盡量不讓ESD進(jìn)入殼體內(nèi)部，zui大限度地減弱其進(jìn)入殼體的能量。對于進(jìn)入殼體內(nèi)部的ESD盡量將其從GND導(dǎo)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?yàn)楹芸赡軒硪庀氩坏降慕Y(jié)果，需要特別注意。 二、 手機(jī)PCB設(shè)計(jì) 手機(jī)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(shè)計(jì)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(jī)體積設(shè)計(jì)的小巧又是趨勢與需要。所以，設(shè)計(jì)時需要找到平衡點(diǎn)。就ESD問題而言，設(shè)計(jì)上需要注意的地方很多，尤其是關(guān)于GND布線的設(shè)計(jì)以及線矩，很有講究。 PCB設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的要點(diǎn)： 1、PCB板邊（包括通孔Via邊界）與其它布線之間的距離應(yīng)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(yīng)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(yīng)有盡可能多的通孔（VIa）相連； 8、在zui后的鋪地時應(yīng)盡量避免尖角，有尖角應(yīng)盡量使其平滑。 三、手機(jī)電路設(shè)計(jì) 在殼體和PCB的設(shè)計(jì)中，對ESD問題加以注意之后，ESD還會不可避免地進(jìn)入到手機(jī)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(jī)、麥克風(fēng)電路、數(shù)據(jù)接口、電源接口、USB接口、彩屏LCD驅(qū)動接口，這些部位很可能將人體的靜電引入手機(jī)中。所以，需要在這些部分中使用ESD防護(hù)器件。ESD防護(hù)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(wěn)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(fù)，其缺點(diǎn)是響應(yīng)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(jié)”，電阻受電壓的強(qiáng)烈影響，其電流隨著電壓的升高而急劇上升。壓敏電阻內(nèi)部發(fā)熱量很大，其缺點(diǎn)是響應(yīng)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(dǎo)體元件，閘流二極管開始時不會導(dǎo)通，處于“阻斷”狀態(tài)。當(dāng)“過電壓”上升到閘流管的“放電電壓”時，導(dǎo)通并產(chǎn)生放電電流；當(dāng)電流下降到zui小值時，閘流管會重新“阻斷”，并恢復(fù)到原來的“斷路狀態(tài)”。 4、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）。它是半導(dǎo)體器件，由于其zui大特點(diǎn)是快速反應(yīng)（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(jié)合芯片的方式，非常適合各種接口的防護(hù)。 因?yàn)門VS具有體積小、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中使用TVS作為防護(hù)器件的比例越來越多。在使用時應(yīng)注意放在需要保護(hù)的器件旁邊，到地的連線盡可能短，器件的布線應(yīng)成串聯(lián)型，而不能布成并聯(lián)型。 ESD的問題是眾多重要問題之一。在不同的電子設(shè)備中有不同的方式來避免對電路的危害。由于手機(jī)體積小、密度大，在ESD的防護(hù)上有獨(dú)到的特點(diǎn)。 |
