静电释放的危险

在作为一个电子工程专业学生的第一年里，你就已经被反复告知过静电放电（ESD）是一种电瞬变现象，并会对电子电路带来严重的威胁。

　　静电产生的最常见的原因是两种不同材料相互之间的摩擦使得电荷积累在摩擦表面上。手持式和可穿戴电子设备的使用不断增长，涉及到其中的一个摩擦表面是人体皮肤。事实上，人体是最大的静电释放威胁。很多人的记忆里都有被6KV静电释放电击过的经历，但有时候其静电释放电压能高达15KV。尽管大多数电压较低的静电放电不会引起察觉，但它们却可能给未受保护的元件和电路带来毁灭性的的灾难。

　　

　　图中绿色的部分是有可能会经历电流过载（电流过大、静电、浪涌）的部分，所以可能需要保护性组件来保证可靠的性能和满足监管的标准要求。

　　ESD的特点是上升时间快、峰值电压高，瞬时电流可高达30A（据IEC61000-4-2，4级标准），它能够融化硅和导线。见上图。然而，ESD造成的影响并不会总是格外明显，事实上可以将ESD造成的伤害分为3个层次。

　　1、软故障：ESD产生的电流可以改变内部逻辑的状态，从而导致系统关闭或行为异常，并损坏数据流。虽然这种影响是暂时的，但它可能会导致系统通信速度变慢，而当系统锁死时，则可能还需要重启系统。

　　2、潜在缺陷：ESD可能会损坏一些会到功能的组件或电路，尽管该系统能够继续运行，电脑但这种类型的缺陷会减少系统寿命，使其过早失效。

　　3、灾难性故障：ESD可能会损坏一些关键组件或电路从而导致系统无法正常工作甚至无法启动。

　　随着IC尺寸的不断缩小，电子电路损坏的几率也在增加。很多IC都在低电压下工作，其结构和导电通路往往无法承受ESD带来的瞬时高电压和大电流。而在用于高速通信的更高频率的通信设备中，要提出一个在较高速率下对严格的信号完整度要求不产生损害的解决方案的挑战性越来越大；其采用的ESD抑制器的内部电压也不能过高，这样数据通信信号才不会被影响。

　　IC设计人员会在他们的芯片中加入有限的ESD抑制量来帮助防止在制造或装配过程中的静电损害。然而，其所加入的保护很可能不足以在使用中保护芯片和电路免遭ESD侵害。很多电子产品，尤其是便携式的电子产品，基本上是在不受控制的环境中使用，而且可能会在用户携带它们的过程中积累电荷。这些积累的能量会在两个设备接触时被释放出来，通常是当用户触摸连接器的输入输出口时发生。

　　

　　终端产品设计者需要考虑向他们的电路中增加ESD抑制器。他们还需要考虑潜在的会让ESD进入他们的设备和电路的耦合路径。其中薄弱的环节确定了ESD抑制器安装的范围。最终，设计者还要依据其产品类型，组件的敏感度和使用环境的特性来选择合适的ESD抑制器。

　　他们需要将自己的方案选择在ESD防护和操作要求之间找到平衡，同时也要考虑威胁的等级。当然，还有必要考虑潜在的抑制器所需要的电气特性、外形和封装类型。