静电放电电流环路的干扰机理分析

静电放电过程中静电干扰主要通过三种间接耦合方式干扰敏感源，即电场耦合、磁场耦合、地弹。前文已经深入分析了静电放电过程中的电场耦合，今天就谈谈静电放电过程中的磁场耦合，也可以理解环路耦合。

熟话说的好〝人往高处走，水往低处流〞，静电电流也会选择阻抗最低的路径返回到源端。静电电流流会源端的路径实际上就构成了电流环路，当敏感信号形成的电流环路与静电电流环路存在共环路时，就会将静电放电干扰耦合到敏感信号环路内，干扰敏感信号。

静电放电电流环路存在高频变化的电流噪声，敏感信号电流环路靠近静电放电环路时，也会在敏感信号环路产生感应噪声电流，噪声电流流入敏感器件内，则会造成其损毁或者使其误触发。

静电电流环路与敏感信号电路环路共同流过一段阻抗，静电放电电流则会在共同的那段阻抗上产生高频电压，此高频电压噪声也会通过共同的阻抗将静电放电产生的高频电压叠加的敏感信号上，干扰敏感信号。

一、静电放电电流环路分析

ESD调试就是找出静电电流泄放路径中的敏感信号，并对其进行ESD防护，提高其抗静电能力。在无法提高敏感信号抗静电能力的情况下，则想办法改变静电电流泄放路径，使其返回到源端时不经过敏感信号区域，从而避免或最大限度减小对敏感信号的影响。

静电放电电流泄放路径受结构设计、PCB设计、接地设计、辅助设备、辅助设备接地等影响，Ⅰ类设备与Ⅱ类设备静电电流泄放路径也完全不同。静电电流泄放路径分析必须有前提条件，接下来分别对I类设备和II类静电电流泄放路径进行深入分析。

1.1 I类设备静电电流泄放路径分析

对于使用3Pin线芯电源线的设备，其中PE地线通常连接到系统的金属壳体上，金属壳体由于具有低阻抗特性，为静电电流泄放提供低阻抗路径。静电电流从静电放电测试点到达金属壳体的路径所经过的路径，往往容易被工程师忽略。

电路板通过接地螺丝锁附在金属壳体上，金属壳体通过PE地线连接到参考地平面上，对外部端子进行静电放电时，静电从外部端子进入电路板，并通过接地螺丝到金属壳体上，再通过PE地线回流到静电枪接地端构成静电电流环路。

由于接地孔及接地螺丝寄生电感的存在，静电高频噪声电流不一定全部从靠近外部端子最近的接地螺丝流入金属壳体，可能部分静电电流通过远端的接地螺丝孔流入金属壳体，流过远端螺丝孔到金属壳体的静电电流则会经过电路1与电路2，造成两个电路收到静电放电噪声干扰。

此时在外部端子侧面增加金属挡板，并将外部端子的金属外壳通过螺丝或者导电衬垫连接到金属挡板上，金属挡板通过螺丝锁附于金属壳体上。对外部端子金属外壳进行静电放电时，静电高频噪声电流大部分通过外部端子金属外壳导流到金属挡板，再经过金属挡板导流到金属壳体，通过PE地线回流到静电枪接地端，静电电流不会流经电路1与电路2，也不会干扰这个电路。

1.2 II类设备静电电流泄放路径分析

II类设备由于没有PE地线，静电放电干扰泄放存在两条路径:一条路径是静电放电噪声通过外部端子金属电路板，再经过接地螺丝进入金属壳体，通过金属壳体与PE地之间的分布电容耦合流回静电枪接地端构成静电电流路径。另一条路径则是通过L、N线上的Y电容将金属壳体上的静电放电高频噪声耦合到电网，再通过电网端PE地回流到静电枪接地端沟通电流环路。

II类设备静电电流泄放路径选择实际上是由金属壳体与PE地之间寄生电容与路径中的寄生电感构成的串联阻抗与电源泄放路径中的阻抗比较，哪条路径中的阻抗小，静电电流从哪条路径泄放的就多。不管从那条路径泄放，都应该使其避免经过敏感电路。

二、静电放电电流环路的干扰机理分析

2.1 静电放电噪声与敏感信号共阻抗耦合

电路1传输信号给电路2，信号回流路径经过电路2参考地平面回流电路1构成电流环路；静电电流从外部端子进入电路板参考地平面，假设远端接地螺丝进入壳体后，再经过PE地线回流到静电枪接地端，两个路径有一段共用地阻抗，静电放电高频电流流过共用地阻抗产生高频噪声电压叠加到信号传输环路，噪声信号传输受到干扰而传输中断，甚至损坏器件。

2.2 静电放电环路与敏感信号环路感应耦合

静电放电电流环路靠近信号传输环路时，静电放电环路中的高频电流噪声则在临近的信号环路产生感应电压噪声，当噪声电压超过信号电压容限时，就会干扰其工作状态。

三、静电放电电流泄放路径ESD问题案例

3.1 外部端子金属外壳搭接ESD案例

问题现象描述：

对RS-232端子金属外壳进行接触放电±4KV测试时，出现RJ45网络信号断连的情况，分析问题原因是RS-232金属外壳与金属挡板之间接触不良，静电电流无法通过金属挡板导流到金属壳体，再通过PE线回流到静电枪接地端构成电流环路。静电电流流入板卡内部干扰敏感信号，导致RJ45网路断连现象出现。

审核编辑：汤梓红