本文介紹了靜電產(chǎn)生的機(jī)理和傳播途徑。針對(duì)儀表顯示電路的靜電問(wèn)題， 提出了從器件選型、接口濾波、PCB設(shè)計(jì)和軟件等四個(gè)角度著手解決靜電問(wèn)題的思想，拋磚 引玉，希望對(duì)大家解決同類(lèi)問(wèn)題有所幫助。

顯示電路是電子稱(chēng)重儀表的重要組成部分， 其抗干擾性能的好壞直接影響到儀表的整體性能， 尤其是顯示電路的抗靜電能力。本文首先簡(jiǎn)要介 紹了靜電產(chǎn)生的機(jī)理和傳播途徑，然后通過(guò)幾個(gè) 例子，分別從器件選型、接口濾波、PCB設(shè)計(jì)和 軟件等角度解決顯示電路的靜電問(wèn)題，希望對(duì)大 家有借鑒意義。

1.靜電的機(jī)理和傳播途徑

國(guó)標(biāo)GB/T 4365- 1995關(guān)于靜電放電（ESD 的定義為“具有不同靜電電位的物體互相靠近或 直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移”。由定義可見(jiàn)，ESD對(duì) 電路的干擾通過(guò)以下兩種方式，如圖1所示。

一種方式是傳導(dǎo)干擾：若電路的某個(gè)部分構(gòu) 成了放電路徑，即靜電放電電流直接侵入設(shè)備內(nèi) 的電路。

另一種方式是輻射干擾：即靜電放電時(shí)伴隨 火花產(chǎn)生了尖峰電流，這種電流中包含有豐富的高頻成份。從而將輻射磁場(chǎng)和電場(chǎng)，磁場(chǎng)能夠在 附近電路的各個(gè)信號(hào)環(huán)路中感應(yīng)出干擾電動(dòng)勢(shì), 從而影響電路的正常工作。

相應(yīng)的ESD的破壞機(jī)制主要有兩種。

功率擊穿：指半導(dǎo)體PN結(jié)、絕緣介質(zhì)層、連 接導(dǎo)線(xiàn)等在過(guò)電流下的擊穿，它與靜電放電脈沖 形狀、持續(xù)時(shí)間和能量積累有關(guān)。原因?yàn)?/span>ESD電 流流過(guò)集成電路內(nèi)部導(dǎo)致PN結(jié)溫度升高，導(dǎo)致器 件老化或損壞。

電壓擊穿：指半導(dǎo)體PN結(jié)或絕緣介質(zhì)層在過(guò) 電壓下的擊穿。原因?yàn)?/span>ESD感應(yīng)出高的電壓導(dǎo)致 絕緣擊穿。

2.顯示電路靜電問(wèn)題

大部分電子秤儀表所處的環(huán)境比較惡劣，且狀 況復(fù)雜，經(jīng)常受到靜電影響，導(dǎo)致儀表性能下降， 甚至無(wú)法工作。若儀表受到靜電干擾，顯示出現(xiàn) 閃屏、花屏、甚至黑屏，這將嚴(yán)重影響客戶(hù)的正 常使用，對(duì)客戶(hù)造成不必要的損失，同時(shí)也將影 響公司在客戶(hù)中的形象。為此提高顯示電路的抗 靜電能力一直是我們關(guān)注的重點(diǎn)。

稱(chēng)重儀表靜電問(wèn)題牽涉到結(jié)構(gòu)、電路和軟件 三個(gè)方面，牽涉到很多內(nèi)容，本文僅從電路和軟 件這兩方面來(lái)解決靜電問(wèn)題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面請(qǐng)參 考參考文獻(xiàn)。

下面將結(jié)合實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中ESD案例，講解 如何從器件選型、接口濾波、PCB設(shè)計(jì)和軟件這 四個(gè)角度著手解決顯示電路的靜電問(wèn)題，提高儀 表顯示電路的抗靜電能力。

2.1案例1 ：器件選型

某型控制儀表在實(shí)驗(yàn)室打靜電接觸6kV時(shí)， 顯示出現(xiàn)黑屏。分析發(fā)現(xiàn)顯示黑屏后，CPU仍在 正常工作，CPU仍在向顯示電路發(fā)送數(shù)據(jù)，初步 分析為顯示驅(qū)動(dòng)芯片打靜電后出現(xiàn)異常。整個(gè)儀 表采用鋁合金殼體，由于結(jié)構(gòu)和顯示數(shù)碼管位置 限制，導(dǎo)致顯示板布板空間有限，顯示板PCB到 金屬殼體的距離只有1mm,而顯示驅(qū)動(dòng)芯片及走 線(xiàn)離PCB板邊緣只有1.5mm。靜電通過(guò)殼體和 PCB之間的耦合電容直接傳到顯示板電路，影響 顯示電路正常工作。期間試過(guò)接地和濾波的方法， 但都沒(méi)有成功。最后懷疑是否顯示驅(qū)動(dòng)芯片本身 抗靜電能力太差，導(dǎo)致黑屏現(xiàn)象。咨詢(xún)顯示芯片 廠(chǎng)家后，得到顯示芯片只能過(guò)2kV靜電。最后更 換顯示驅(qū)動(dòng)芯片后，黑屏現(xiàn)象消失，順利通過(guò) GB/T 7724- 2008]接觸 6kV,空氣 8kV 的要求。

可見(jiàn)在顯示電路設(shè)計(jì)時(shí)，器件選型比較關(guān)鍵， 要選擇抗靜電干擾能力強(qiáng)的芯片。

2.2案例2:接口濾波

某款塑料殼體儀表在對(duì)串行接口 DB9金屬 部分打接觸6kV時(shí)，顯示出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，能自 動(dòng)恢復(fù)，雖不影響正常使用，但存在安全隱患， 在研發(fā)階段必須解決。分析儀表結(jié)構(gòu)，主板和顯 示板采用排線(xiàn)連接，排線(xiàn)長(zhǎng)度約15cm。由第一節(jié) 靜電的機(jī)理和傳播途徑可知，ESD主要通過(guò)傳導(dǎo) 和輻射影響電路，其中靜電產(chǎn)生的輻射頻率高達(dá) 上GHz,而15cm的長(zhǎng)度很可能成為接收天線(xiàn)。初 步懷疑主板和顯示板之間的連接排線(xiàn)成為接收天 線(xiàn)，接收靜電產(chǎn)生的高頻電磁波，從而出現(xiàn)顯示 數(shù)據(jù)異常。考慮在排線(xiàn)上繞磁環(huán)，以濾除靜電產(chǎn) 生的高頻干擾。加磁環(huán)措施后，效果明顯，閃爍 現(xiàn)象消失，順利通過(guò)6kV靜電。由于繞磁環(huán)在工 藝上和運(yùn)輸過(guò)程中容易出現(xiàn)問(wèn)題，后續(xù)在新版 PCB設(shè)計(jì)中在顯示板接口處加磁珠，注意磁珠盡 量靠近接口位置。新板PCB能順利通過(guò)靜電實(shí)驗(yàn) 而不用在排線(xiàn)上加磁環(huán)。

這邊需要在整改中注意的是，排線(xiàn)要在磁環(huán) 上繞幾圈，而不是直接穿過(guò)磁環(huán)，以免影響整改 效果。

這個(gè)案例說(shuō)明，在顯示板與主板接口處要做 濾波處理，事先在原理圖和PCB中預(yù)留相應(yīng)位置, 以備實(shí)驗(yàn)整改時(shí)使用。

2.3案例3 ： PCB設(shè)計(jì)

某款金屬殼體儀表在面貼上打8kV接觸放電 時(shí)，顯示出現(xiàn)閃爍，現(xiàn)象同案例2。但結(jié)構(gòu)上顯示 板和主板通過(guò)接插件直接相連，且線(xiàn)路板和金屬 殼體有4mm的安全距離。初步考慮靜電通過(guò)輻射 方式影響顯示電路正常工作。檢查原理圖發(fā)現(xiàn), 顯示驅(qū)動(dòng)芯片的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線(xiàn)上已做RC濾波處 理，原理圖設(shè)計(jì)上沒(méi)有問(wèn)題。分析顯示板PCB, 發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)從接口到芯片的走線(xiàn)較長(zhǎng), 且周?chē)鷽](méi)有完整地線(xiàn)，線(xiàn)路構(gòu)成的回流面積較大, 容易受到高頻磁場(chǎng)干擾，使數(shù)據(jù)線(xiàn)上的數(shù)據(jù)產(chǎn)生 跳變，從而影響稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)正常顯示，其中一條數(shù) 據(jù)線(xiàn)走線(xiàn)圖如圖2所示。

調(diào)整PCB板時(shí)鐘線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)走線(xiàn)，在這些線(xiàn) 旁邊加一條地線(xiàn)回流路徑，重新進(jìn)行靜電測(cè)試, 顯示無(wú)閃爍現(xiàn)象，順利通過(guò)靜電測(cè)試。

此案例說(shuō)明，合理的PCB走線(xiàn)能大幅度提高 電路的抗靜電能力。PCB設(shè)計(jì)中對(duì)重要的數(shù)據(jù)線(xiàn) 和時(shí)鐘線(xiàn)要做包地處理，以減小信號(hào)的回流面積, 減小其接收高頻電磁場(chǎng)的能力。如成本允許，顯 示板可采用4層板設(shè)計(jì)，這樣顯示板將有一個(gè)完 整的地平面，將極大提高顯示板的抗靜電干擾能 力。

2.4案例4 :軟件

某款點(diǎn)陣顯示的金屬殼體儀表在薄膜面貼上 打靜電8kV時(shí)，點(diǎn)陣屏幕出現(xiàn)閃爍、花屏現(xiàn)象， 但能自動(dòng)恢復(fù)，出現(xiàn)頻率較高，對(duì)垂直藕板和水 平藕板間接放電時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)相同現(xiàn)象。由于儀 表殼體為鋁合金，前后擋板采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，整 體密封性較好，且接地良好，初步懷疑靜電輻射 產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)穿透薄膜面貼顯示窗進(jìn)入儀表內(nèi) 部,影響顯示電路。為驗(yàn)證這種分析，在薄膜面 貼上貼上橫豎交叉類(lèi)似“井”字型的銅箔條，且 銅箔與金屬殼體充分接觸。再次對(duì)儀表進(jìn)行靜電 實(shí)驗(yàn)，閃屏和花屏現(xiàn)象消失，可見(jiàn)猜想正確，靜 電產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)確定是通過(guò)薄膜面貼顯示窗進(jìn) 入內(nèi)部，使電路出現(xiàn)異常。

在點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)芯片的數(shù)據(jù)線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)上加濾波 電容和相應(yīng)TVS后，現(xiàn)象得到明顯改善，但仍偶 有發(fā)生，約20次出現(xiàn)1次。為此，在軟件上對(duì)顯 示做了相應(yīng)的特殊處理，調(diào)整了顯示的刷新頻率、 時(shí)鐘間隙等參數(shù)后，問(wèn)題等到解決。

可見(jiàn)，在某些情況下，硬件方法很難解決或 沒(méi)有思路時(shí)，不妨試試從軟件角度去做相應(yīng)處理， 從而解決靜電問(wèn)題。

2.5 小結(jié)

上述4個(gè)案例，僅在電路設(shè)計(jì)和軟件方面， 分別從4個(gè)不同角度入手解決儀表顯示電路的靜 電問(wèn)題，有些案例需要用到多種方法才能解決， 例如案例4采用了接口濾波和軟件的方法解決。

解決儀表顯示電路的靜電問(wèn)題，要結(jié)合具體 產(chǎn)品分析ESD的傳播途徑，看具體是傳導(dǎo)還是輻 射，然后從器件選型、接口濾波、PCB設(shè)計(jì)和軟 件等角度綜合解決靜電問(wèn)題。

3.結(jié)論

影響儀表ESD的因素有很多，靜電防護(hù)更是 一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及結(jié)構(gòu)、電路和軟件等各個(gè)方 面，里面又牽涉到屏蔽、接地和濾波等多種方法。 本文以電子秤儀表顯示電路靜電問(wèn)題為研究?jī)?nèi)容， 通過(guò)具體實(shí)例，僅從電路和軟件角度對(duì)靜電問(wèn)題 進(jìn)行了分析，提出了從器件選型、接口濾波、PCB 設(shè)計(jì)和軟件來(lái)解決靜電問(wèn)題的思想，希望為同行 解決靜電問(wèn)題提供一種思路，不當(dāng)之處，還請(qǐng)同 行指正。