手機的功能越來越強大,而電路板卻越來越小,集成度越來越高。手機有幾個部分用于人機交互,這樣就存在著人體靜電放電的ESD問題。手機電路中需要進行ESD防護的部位有:SIM卡插座與CPU讀卡電路、鍵盤電路、耳機、麥克風電路、電源接口、數(shù)據(jù)接口、USB接口、彩屏LCD驅動接口。 ESD可能會造成手機工作異常、死機,甚至損壞并引發(fā)其他的安全問題。所以在手機上市之前,我國都強行要求進行入網(wǎng)測試,而入網(wǎng)測試中明確要求進行ESD和其它浪涌沖擊的測試。其中接觸放電需要做到8kV靜電正常,空氣放電需要做到15kV靜電正常,這就對ESD的設計提出了較高的要求。 手機中ESD問題解決與防護 一、殼體的設計 如果將釋放的靜電看成是洪水的話,那么主要的解決方法與治水類似,就是“堵”和“疏”。如果有一個理想的殼體是密不透風的,靜電也就無從而入,當然不會有靜電問題了。但實際的殼體在合蓋處常有縫隙,而且許多還有金屬的裝飾片,所以一定要加以注意。 其一,用“堵”的方法。盡量增加殼體的厚離,即增加外殼到電路板之間的距離,或者通過一些等效方法增加殼體氣隙的距離,這樣可以避免或者大大減少ESD的能量強度。 通過結構的改進,可以增大外殼到內部電路之間氣隙的距離,從而使ESD的能量大大減弱。根據(jù)經(jīng)驗,8kV的ESD在經(jīng)過4mm的距離后能量一般衰減為零。 其二,用“疏”的方法,可以用EMI油漆噴涂在殼體的內側。EMI油漆是導電的,可以看成是一個金屬的屏蔽層,這樣可以將靜電導在殼體上;再將殼體與PCB(Printed Circuit Board)的地連接,將靜電從地導走。這樣處理的方法除了可以防止靜電,還能有效抑制EMI的干擾。如果有足夠的空間,還可以用一個金屬屏蔽罩將其中的電路保護起來,金屬屏蔽罩再連接PCB的GND。用金屬屏蔽罩將模塊保護起來。 總之,ESD設計殼體上需要注意很多地方,首先是盡量不讓ESD進入殼體內部,zui大限度地減弱其進入殼體的能量。對于進入殼體內部的ESD盡量將其從GND導走,不要讓其危害電路的其它部分。殼體上的金屬裝飾物使用時一定要小心,因為很可能帶來意想不到的結果,需要特別注意。 二、 手機PCB設計 手機PCB(Printed Circuit Board)都是高密度板,通常為6層板。隨著密度的增加,趨勢是使用8層板,其設計一直都需要考慮性能與面積的平衡。一方面,越大的空間可以有更多的空間擺放元器件,同時,走線的線寬和線距越寬,對于EMI、音頻、ESD等各方面性能都有好處。另一方面,手機體積設計的小巧又是趨勢與需要。所以,設計時需要找到平衡點。就ESD問題而言,設計上需要注意的地方很多,尤其是關于GND布線的設計以及線矩,很有講究。 PCB設計中應該注意的要點: 1、PCB板邊(包括通孔Via邊界)與其它布線之間的距離應大于0.3mm; 2、PCB的板邊全部用GND走線包圍; 3、GND與其它布線之間的距離保持在0.2mm~0.3mm; 4、Vbat與其它布線之間的距離保持在0.2mm~0.3mm; 5、重要的線如Reset、Clock等與其它布線之間的距離應大于0.3mm; 6、大功率的線如PA等與其它布線之間的距離保持在0.2mm~0.3mm; 7、不同層的GND之間應有盡可能多的通孔(VIa)相連; 8、在zui后的鋪地時應盡量避免尖角,有尖角應盡量使其平滑。 三、手機電路設計 在殼體和PCB的設計中,對ESD問題加以注意之后,ESD還會不可避免地進入到手機電路中,尤其是以下幾個部件:SIM卡的CPU讀卡電路、鍵盤電路、耳機、麥克風電路、數(shù)據(jù)接口、電源接口、USB接口、彩屏LCD驅動接口,這些部位很可能將人體的靜電引入手機中。所以,需要在這些部分中使用ESD防護器件。ESD防護器件主要有以下幾種: 1、氣體放電管(GDT)。它是具有一定氣密的玻璃或陶瓷外殼,中間充滿穩(wěn)定的氣體,如氖或氬,并保持一定壓力。GDT通流量大、極間電容小,可自行恢復,其缺點是響應速度太慢,放電電壓不夠,壽命短,電性能會隨時間變化。 2、壓敏電阻(MOV)。它是陶瓷元件,將氧化鋅和添加劑在一定條件下“燒結”,電阻受電壓的強烈影響,其電流隨著電壓的升高而急劇上升。壓敏電阻內部發(fā)熱量很大,其缺點是響應速度慢,性能會因多次使用而變差,極間電容大。 3、閘流二極管(TSS)。它是半導體元件,閘流二極管開始時不會導通,處于“阻斷”狀態(tài)。當“過電壓”上升到閘流管的“放電電壓”時,導通并產(chǎn)生放電電流;當電流下降到zui小值時,閘流管會重新“阻斷”,并恢復到原來的“斷路狀態(tài)”。 4、瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)。它是半導體器件,由于其zui大特點是快速反應(1ns~5ns)、非常低的極間電容(1pf~3pf),很小的漏電流(1μA)和很大的耐流量,尤其是其結合芯片的方式,非常適合各種接口的防護。 因為TVS具有體積小、反應速度快等優(yōu)點,現(xiàn)在的設計中使用TVS作為防護器件的比例越來越多。在使用時應注意放在需要保護的器件旁邊,到地的連線盡可能短,器件的布線應成串聯(lián)型,而不能布成并聯(lián)型。 ESD的問題是眾多重要問題之一。在不同的電子設備中有不同的方式來避免對電路的危害。由于手機體積小、密度大,在ESD的防護上有獨到的特點。 |