ESD防護的案例
硬件特訓班問題解答【57問-1】
這就涉及到了我們ESD靜電系統設計的問題，一般針對于ESD而言，其分為內部ESD保護和外部ESD保護，內部ESD保護就是我們經常在數據手冊能看到，其保護能力有限，而外部保護則是我們通過諸如TVS管等實現的靜電防護；其實單單從ESD的角度而言，整個系統我們可以把他分為兩部分，一部分是ESD環境不復雜的區域，如PCB板的中心區域的IC等，另外一部分是ESD環境比較復雜的區域，如通訊接口，如USB，百兆網，千兆網接口等
(9)內部保護其一般都是針對于人手觸摸IC其I/O然后產生ESD對于IC進行的靜電防護，其一般的模型都是2KV居多，IC其I/O口一般其內部都具有ESD防護機制在內在一定程度上是可以實現靜電防護，這個時候就不需要外部防護
(10)外部ESD防護則是我們在諸如接口，觸摸屏，按鍵，天線等因為摩擦生電所產生的靜電進行的防護，一般我們都是通過具體的防護器件去實現ESD防護，一般都是TVS管居多
(11)那么從系統的角度而言，其ESD防護的設計在靜電發生的時候，到底是內部ESD防護先啟動還是外部ESD先啟動呢？毫無疑問，我們肯定是外部防護先啟動
(12)另外我們經常會在IC的I/O口入口的地方串聯一個電阻，其目的是干嗎呢，其主要是還是滿足我們系統的ESD防護設計？
展開 干貨｜關于靜電ESD防護，我們怎樣才能免遭毒手
我們到現在，仍然依據此實驗原理，去做靜電防護。需要注意的是，金屬籠本身必須是良好的導體。比如飛機的金屬外殼，在搭接的地方要保證電阻非常小。這樣萬一被雷擊中了，也能保證機內設備和乘客幸免遇難。一個設備如果有封閉的金屬外殼，可以對內部的電路形成很好的保護。
但是考慮另外一種情形，如果有一根導線從法拉第籠內部穿出，情況恐怕就不妙了。試想一下你去跟法拉第籠中的小朋友握個手？估計是當場GG?，F場設備，特別是工控領域，經常要有長長的線纜連接至別的設備。像下面這種，如果設備拖了一條電纜，此電纜接地，或者僅僅是靠近地面，就會形成一個放電的通路。即使是設備外殼接地，仍不能避免此通路上發生放電。所以要考慮在電纜進出設備的地方做防護，或者干脆直接隔離開，以避免形成放電通道。
ESD Protection - 02
靜電如何搞破壞
靜電的積聚本身，不會產生什么危害，產生破壞的，是靜電放電的一瞬間。這個釋放的時間越短，則能量越集中，越容易產生破壞。我們可以想像一個氣球，吹的再大，只要沒爆就沒事兒。但是拿一根針扎一下，就會啪的一聲爆掉，這就有點兒破壞性了。
如果一個物體已經積聚了大量的靜電，這時候如果有一個放電通路，把它連接到了另外一個能容納電荷的物體，或者連接到了大地，這時候電荷就會在非常短的時間，在納秒(nS)級的時間內釋放掉，電流可能達到數十安，對放電路徑上的物體產生劇烈的破壞作用。如果靜電的電勢特別高，它會擊穿和鄰近物體之間的空氣，通過空氣放電釋放掉。這也是經常發生的一種破壞。
另外我們知道變化的電流，產生變化的電磁場，靜電釋放發生在一瞬間，頻率高，電流大，所以產生的高頻電磁輻射也很厲害。那么這種電磁輻射，就會通過空間耦合到敏感電路，對其形成破壞。
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電容式觸摸芯片 - GTX301L的應用：
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展開 集光電二極管、電流放大器、模擬電路和數字信號處理器于一體的顏色傳感器-WH3620
工業級可靠性：-40°C至+85°C溫度范圍，集成ESD防護與電源失效復位功能。
環境光傳感器 - WH3620的特性：
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工作溫度從-40°C到+85°C
接口類型：I2C（支持400kHz快速模式）
包級別修剪
通電復位，棕色復位
等待時間功能，可降低功耗
R、G、B、W、IR五通道并行輸出
熒光閃爍免疫
可選擇的模擬增益
可選擇的分辨率（較多為16位）
在低照度下的高靈敏度
高照度的檢測范圍
LUX & CCT的高精度
封裝形式：6-pin 小型封裝，適合空間受限設計
內置功能：Power-on Reset、Brown-out Reset、等待模式、中斷輸出
環境光傳感器 - WH3620的應用：
移動終端：手機/平板自動調節屏幕亮度和色溫，提升閱讀舒適度。
智能家居：聯動照明系統，根據晝夜光線變化動態調整室內色溫，營造健康光環境。
工業控制：搭配顯示屏或儀器面板，抑制環境光干擾，確保數據可視性
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?動態環境適應性?：抗環境光干擾（如配備偏振濾光片或遮光罩）。
?快速響應?：適用于高速生產線（如掃描頻率需達kHz級）。
?多通道輸出?：支持RGB、Lab值或光譜數據輸出，便于集成到調理系統。
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印刷與包裝?：實時檢測印刷品的色差，確保批次間顏色一致性。
?紡織與染整?：監控織物染色過程中的顏色變化，調整染料配比。
?食品加工?：評估食品外觀顏色（如烘焙食品的焦黃度）。
?汽車涂裝?：檢測漆面顏色匹配度，避免色差問題。
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展開 高階整車域控制器的詳細設計方案
設計VDC時還需要使用關聯ECU通信所需的N路CAN通信且兼容CAN-FD，CAN-FD接口電路采用標準CAN接口電路，支持ESD防護和終端匹配，每路CAN通信需要對應的終端匹配電阻，并預留一定大小的共模電感，選擇性的根據EMC實測結果進行貼片。最重要的是支持任意幀CAN喚醒功能。
當然，對于一個標準的中央網關來說，還需要支持一定數量的LIN通信，并支持LIN喚醒，通信速率為1~20Kbps。默認為MASTER模式，通過電阻與二極管上拉配置，也可以根據具體需求配置成從模式，接口設計需要設計成ESD防護電路。
2.整車域控軟件框架及部署介紹
整車域控的軟件部署主要分為幾個方面車控相關SWC、網關相關SWC、智駕系統SWC。其部署原則為對實時性要求較高功能部署在實時核，運算需求較高放在運算核，對功能安全要求較高的功能部署在鎖步核。
以如上圖中的整車域控架構為例。MCU部署動力控制、底盤控制、通訊管理、本地診斷、電性能以及設備抽象等軟件模塊。對應的算力主要是CPU邏輯算力，一般滿足10K DMIPS即可。同時MCU需要承擔整個VDC網絡喚醒、診斷功能、電源管理相關功能。
1、網絡管理功能
作為整車控制的終極大boss，VDC需要承擔整個網絡管理功能，其中網絡管理涉及網絡管理狀態機設計，網絡喚醒設計。
網絡管理狀態機中包含為整車域控設計各種工作模式。比如休眠（僅支持休眠喚醒狀態）、待機（極低功耗）、準備（輕睡眠）、正常功耗（全功耗）、異常狀態（故障檢測）下的功耗等。各類不同的工作狀態需要通過設置不同的跳轉條件進行切換。
而對于網絡管理中重要的喚醒功能而言，其需要支持不同的喚醒源，主要需要包含CAN、LIN、硬線、以太網。結合上面的附圖說明喚醒過程。
展開 電子可靠性工程概述
可靠性預計
FMEA
可靠性指標論證、分配與冗余設計
電應力防護設計
ESD防護設計
容差分析
降額設計
升額設計
熱分析和設計
信號完整性分析
EMC設計
安全設計
環境適應性設計
壽命與可維護性設計
國際領先的大公司，對這些設計方法均有專業團隊來保障，為了滿足國內企業的需求，針對每種設計方法，深圳市易瑞來公司均有專家負責研究和追蹤業界最新的進展，實踐經驗豐富。
三、在加工維護過程中保證不引入對器件的損傷
在生產加工過程中，影響可靠性的最主要的因素是ESD、MSD和焊點可靠性，這三方面的控制技術目前發展得較為成熟，也有對應得國際標準，但是國內很多廠家還做得不夠完善，如產品線的ESD控制水平是多少，MSD控制可以達到幾級潮濕敏感器件，影響焊點可靠性的主要因素是怎樣控制的？象MSD控制不好引發的可靠性問題，往往是在產品到用戶手里半年以上才會大量暴發，ESD損傷對器件的長期可靠性的影響也很大，因此怎樣控制加工過程，保證對不引入對器件的損傷需要引起重視。在產品維護保養過程中同樣要考慮可靠性問題，避免引入對產品的損傷。
四、失效分析
通過對開發、測試、小批量試產，量產階段、用戶現場的器件失效分析，找到失效的根本原因和改進措施，及時糾正和預防失效的發生。發現問題越早，解決問題的成本也就越低，因此即使是開發調試過程中出現的個別器件失效，也要進行徹底的失效分析，明確失效機理，進而采取對應的解決措施。0
五、流程保障
電子產品可靠性工程是非常嚴謹的系統工程，需要高效、明確的流程來保證。
展開 干貨｜漫話噪聲系數
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展開 PCB板“ESD保護電路設計”9大措施
電感的感抗特性能很好的抑制高頻ESD進入電路，而電容有分流了ESD的高頻能量到地。
同時，該類型的濾波器還可以圓滑信號邊緣而較小RF效應，性能方面在信號完整性方面又有了進一步的提高。
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多層板進行ESD防護
當資金允許的情況下，選擇多層板也是一種有效防止ESD的一種手段。
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展開 實戰經驗：PCB板的ESD保護電路設計
在做ESD放電測試時通常采用兩種方法：接觸放電和空氣放電。
接觸放電就是直接對待測設備進行放電;空氣放電也稱為間接放電，是強磁場對鄰近電流環路耦合產生。這兩種測試的測試電壓一般為2KV-8KV，同地區要求不一樣，因此在設計之前，先要弄清楚產品針對的市場。
以上兩種情況是針對人體在接觸到電子產品時，因人體帶電或其他原因引起電子產品不能工作而進行的基本測試。
全球各地的濕度情況不一樣，但是同時在一個地區，若空氣濕度不一樣，產生的靜電也不相同。通過搜集到數據從中可以看出靜電隨著空氣濕度的減小而變大。這也間接的說明北方的冬天，脫毛衣時產生的靜電火花很大的原因?！凹热混o電這么大的危害，我們如何進行防護呢？我們在進行靜電防護設計時通常分三步走：防止外部電荷流入電路板而產生損壞；防止外部磁場對電路板產生損壞；防止靜電場產生的危害。
在實際電路設計中我們會采用以下幾種方法的一種或幾種來進行靜電保護：
1.雪崩二極管來進行靜電保護
這也是設計中經常用到的一種方法，典型做法就是在關鍵信號線并聯雪崩二極管到地。
展開 網關控制器（GW）
同時，可根據客戶需要，配置以下內容：
- 根據客戶需求，兼容 CAN/CANFD/Ethernet 網關功能
- 根據網絡拓撲結構，配置 CAN 通道個數（2~8 個通道）
- 根據網絡管理策略，配置 CAN 收發器類型
- 根據網絡拓撲結構，配置高速或低速容錯 CAN 收發器類型
- 根據網絡拓撲結構，配置 2 路 LIN 接口及 3 路開關輸入 接口
- 低功耗
工作電流小于 200mA，休眠電流小于 200uA
- 可靠性
產品通過國際一流整車廠商的試驗標準
CAN 接口具備完備的 EMC 性能保證措施
MCU 具備雙看門狗監控
關鍵數據雙備份及數據掉電緩存
瞬態電壓抑制、ESD 靜電防護以及過壓與反接保護等一系列保護措施
展開 飛機電氣線路互聯系統（EWIS） EMC之傳導耦合分析
從飛機EMC的研究范疇而言，EMC的研究對象包括電磁干擾（EMI），靜電防護（ESD），雷擊防護（lightningprotection），高強度輻射場（HIRF），每個研究對象都被認為與EWIS有關，且EWIS專業作為飛機設計單位的公共專業，其需求相關方幾乎涉及全部飛機專業，EWIS EMC問題需要EWIS專業、E3專業、系統專業、結構專業、總體專業的充分協調，專業界面劃分、設計源一致性顯得尤為重要。
僅從EWIS 電磁干擾（EMI）角度分析，就需要從EWIS電源（信號）類型（電壓、電流、頻率、工作時間等）、耦合方式、耦合機理、電（磁）屏蔽體設計、接地與搭接設計、濾波技術等方面加以考慮。
EWIS電磁干擾根據傳播途徑的不同，可以分為傳導耦合和輻射耦合，本文只進行EWIS EMI中的傳導耦合分析。
傳導耦合可分為電阻性耦合、電容性耦合、電感性耦合。
1 電阻性耦合
電阻性耦合干擾的產生，至少存在兩個相互耦合的電流回路，其電流全部或部分在公共阻抗中流過。
簡化的電阻性耦合模型電路
顯然，當公共阻抗Zk無窮大時，信號源U01與干擾源U02直接耦合，當Zk接近于0時，及時信號電路與干擾電路相接觸，但可以認為互相產生的耦合干擾為0.很容易理解，這種情況的典型實例是飛機公共接地阻抗耦合與公共電源阻抗耦合。
公共接地阻抗耦合等效電路
公共電源阻抗耦合
兩種情況下，電路2中電流的任何變化，都會在公共阻抗中產生壓降，導致電路1中負載端電壓產生變化。盡量減少公共阻抗和避免公用電源，是有效解決EWIS EMI電阻耦合的有效方法。
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