移动电话终端的ESD防护问题分析.docx

移动电话终端的ESD防护问题分析 摘要：在日常生产和生活中，静电放电造成对设备的干扰则很常见，本文从移动用户终端所处的复杂的电磁环境整体来考虑系统的静电防护，从起电放电的机理和材料的角度分析移动用户终端的静电防护。 下载 关键词：静电放电移动用户终端防护 一、引言 自从一百多年前人类发现电磁波以来，电磁波在我们的生活中得到了越来越广泛的利用，同时也带来了电磁干扰，电磁环境的不断恶化和电磁污染的日益严重，引起了世界范围的重视，为了电子设备或系统在其所处的复杂电磁环境中能够正常地工作，而对在该环境中工作的其他设备或系统也不引入超出承受范围的电磁干扰，这就是所谓的电磁兼容。静电放电作为电磁兼容(EMC)研究的一个重要内容，是我们在移动通信终端产品中一个无法回避的重要课题。虽然电子设备因静电而损坏的情况并不多见，但由于静电放电造成对设备的干扰则很常见，他会使设备锁死、复位、数据丢失或工作不可靠，这种情况在寒冷干燥的冬季尤其常见。对于便携式的移动电话终端来说，很容易受到和人体接触而产生的放电，会因此带来产品在使用过程中的很多问题。 目前的防护措施从电路结构考虑如何增强移动用户终端的静电防护做了大量的研究和使用，但忽略了从移动用户终端所处的复杂的电磁环境来考虑系统的静电防护，即对静电源的控制。人体在日常活动过程中极易积累大量的静电荷，这些静电荷不易消散，很容易对使用中的移动用户终端产生静电放电。另外，移动用户终端主要由高分子材料及金属部件构成，如何从材料的角度对移动用户终端进行静电防护研究，这也应该是我们需要考虑的一个方面。 二、移动用户终端的静电机理分析 1.人体静电 带电的人体作为一种特殊的静电导体,是最典型的一种静电危害源,因为人是工业生产和科学研究活动的主体。人体由于自身的动作及与其他物体的接触分离、摩擦或感应等因素,可以带上几千伏甚至上万伏的静电。随着工业生产的发展,人体静电问题受到越来越广泛的重视。人体静电可能是危险场所的点火源,和电子装置的电磁干扰源。人体静电通过放电、释放静电能量造成危害。 2.移动用户终端的材料构成 目前，移动用户终端的样式繁多，其结构部件的数量也越来越多，如果按材料的性质进行分类，可以分为塑胶类材料及金属类材料。 （1）塑胶类材料：例如翻盖机的翻盖和本体，直板机的本体上下壳，主按键、侧按键等； （2）金属类材料：例如金属标牌，铰链、屏蔽盖、弹簧、弹片、天线螺母、螺钉等； 3.移动用户终端的起电机理 移动用户终端主要通过与人体的接触或与衣物等的摩擦积累静电荷，尤其是与衣物的摩擦为重点。由上诉可知，用于制造移动用户终端的材料分为塑胶类材料及金属类材料。在摩擦起电过程中，塑胶类材料与衣物的摩擦属于绝缘体与绝缘体的接触起电，金属类材料与衣物的摩擦属于导体与绝缘体的接触起电。 任何两种物质相互接触或摩擦时，只要其内部结构中电荷载体的能量分布不同，就会有电荷转移，当这两种物质分离后，一个物体将带正电荷，另一个物体将带负电荷，这个现象就是静电现象。由于绝大多数高分子聚合物都是绝缘体，它们的电导率很小，这就使得高分子聚合物很容易带静电。而在绝缘材料与金属接触时，也会产生接触起电。因此，在人体或衣物和移动用户终端接触摩擦中很容易产生静电。 三、移动用户终端的静电放电分析 移动电话主要是通过与人体的接触或与衣物的摩擦产生静电放电现象，从人体产生的静电场和放电电流会直接影响移动电话的电子器件。人体上的电压通常会达到810kV。有时电压会更高，达到1215kV。静电场本身会造成问题，但放电的后果更严重，放电会直接注入电荷，使原来存在于人体与移动电话之间的能量，转移到移动电话内部的电子器件上，产生的强大瞬时电流会使某些元器件改变工作状态甚至被毁坏。移动用户终端的静电放电主要通过辐射和传导两种方式对其易损部位形成干扰或破坏。 四、移动用户终端的静电防护 移动用户终端具有体积小、重量轻、功能强大及使用频繁等特点，并且终端从制造出产到使用的整个过程都处在一个充满静电的环境中，因而移动用户终端易受静电放电的干扰和损坏。此外，高分子材料的广泛应用、电路集成度的不断提高，导致移动用户终端内部芯片、电路对静电日益敏感。如何从电路、人体以及材料三个方面进行全面地、系统地静电安全防护设计，并将静电安全防护设计贯穿于设计研发以及后期加固的全过程，是预防移动用户终端受到静电损伤的有效解决办法。基本方法如图1所示： 4.1切断干扰途径 从切断干扰途径来说有硬件和软件设计，静电放电对移动用户终端的损伤主要是干扰其内部电路的正常工作或损坏其内部的电路，因此，对移动用户终端的内部电路进行静电防护设计是保护移动用户终端免受静电危害的设计重点。综合起来考虑，对内部电路的静电防护可从终端外壳的防静电设计、选用具有抗静电作用的元器件和保护电路设计、以及软件抗静电处理等方面着手。 静电放电可产生辐射干扰，而放电辐射是通过空间对设备进行干扰的，因此屏蔽的方法是解决辐射干扰的有效方法之一。移动用户终端的外壳是防止静电放电能量耦合到终端内部的第一道屏障，故外壳的防静电设计有其必要性；在设计和布局电路板时，需要仔细分析可能存在的静电感应通道、容易被静电影响或损坏的元器件、各板块泻放瞬间静电放电大电流的路径等几个大问题，采取合理的布局与布线、良好的接地设计和使用多层电路板可以有效的防止静电放电损伤设备；在元器件的选择及保护电路的设计时，选择具有ESD保护电路的IC或在IC外部设计ESD保护电路是防止静电放电电流损坏终端的有效途径；另外也可以用程序设计的手段排除ESD的影响，可以设计软件有规律地检测异常情况的出现，然后在系统受到严重破坏之前以尽可能快的速度处理这些隐患或错误信息。此外我们在生产移动用户终端时，尽量采用防静电的材料，以减少静电的产生，并加速静电的泄露。 4.2控制静电发生源 人体静电是对移动用户终端放电的主要静电源，也会对人体造成伤害，因此在日常活动中，我们有意识的采取各种措施控制人体静电的产生。比如尽量使用防静电的生活用具和用品。尤其在干燥天气，适量采用增湿的措施，会有效的防止静电放电的发生。 5、结束语 静电放电是造成移动用户终端工作失常或功能失效的一个重要原因，本文从整体系统的角度来考虑静电防护，从起电和放电的机理以及材料的角度分析移动用户终端的静电防护。对产品的设计和使用有一定的指导意义，从而提高移动用户终端在生产和使用中的防静电的能力。 参考文献： 钱振宇.3C认证中的电磁兼容测试与对策M.电子工业出版社，2004：343 刘尚合.宋学君.静电及其研究进展J.自然杂志,29卷2期:66 任文家.手机结构设计与制造工艺M.广州：华南理工大学出版社，2005：2-13:17