本文介紹了靜電產(chǎn)生的機理和傳播途徑。針對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設計和軟件等四個(gè)角度著(zhù)手解決靜電問(wèn)題的思想，拋磚 引玉，希望對大家解決同類(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設計和 軟件等角度解決顯示電路的靜電問(wèn)題，希望對大 家有借鑒意義。

1.靜電的機理和傳播途徑

國標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移”。由定義可見(jiàn)，ESD對 電路的干擾通過(guò)以下兩種方式，如圖1所示。

一種方式是傳導干擾：若電路的某個(gè)部分構 成了放電路徑，即靜電放電電流直接侵入設備內 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)信號環(huán)路中感應出干擾電動(dòng)勢, 從而影響電路的正常工作。

相應的ESD的破壞機制主要有兩種。

功率擊穿：指半導體PN結、絕緣介質(zhì)層、連 接導線(xiàn)等在過(guò)電流下的擊穿，它與靜電放電脈沖 形狀、持續時(shí)間和能量積累有關(guān)。原因為ESD電 流流過(guò)集成電路內部導致PN結溫度升高，導致器 件老化或損壞。

電壓擊穿：指半導體PN結或絕緣介質(zhì)層在過(guò) 電壓下的擊穿。原因為ESD感應出高的電壓導致 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 況復雜，經(jīng)常受到靜電影響，導致儀表性能下降， 甚至無(wú)法工作。若儀表受到靜電干擾，顯示出現 閃屏、花屏、甚至黑屏，這將嚴重影響客戶(hù)的正 常使用，對客戶(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)題牽涉到結構、電路和軟件 三個(gè)方面，牽涉到很多內容，本文僅從電路和軟 件這兩方面來(lái)解決靜電問(wèn)題，結構設計方面請參 考參考文獻。

下面將結合實(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設計和軟件這 四個(gè)角度著(zhù)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)驗室打靜電接觸6kV時(shí)， 顯示出現黑屏。分析發(fā)現顯示黑屏后，CPU仍在 正常工作，CPU仍在向顯示電路發(fā)送數據，初步 分析為顯示驅動(dòng)芯片打靜電后出現異常。整個(gè)儀 表采用鋁合金殼體，由于結構和顯示數碼管位置 限制，導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動(dòng)芯片本身 抗靜電能力太差，導致黑屏現象。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 換顯示驅動(dòng)芯片后，黑屏現象消失，順利通過(guò) GB/T 7724- 2008]接觸 6kV,空氣 8kV 的要求。

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

2.2案例2:接口濾波

某款塑料殼體儀表在對串行接口 DB9金屬 部分打接觸6kV時(shí)，顯示出現閃爍現象，能自 動(dòng)恢復，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。分析儀表結構，主板和顯 示板采用排線(xiàn)連接，排線(xiàn)長(cháng)度約15cm。由第一節 靜電的機理和傳播途徑可知，ESD主要通過(guò)傳導 和輻射影響電路，其中靜電產(chǎn)生的輻射頻率高達 上GHz,而15cm的長(cháng)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，從而出現顯示 數據異常?？紤]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 現象消失，順利通過(guò)6kV靜電。由于繞磁環(huán)在工 藝上和運輸過(guò)程中容易出現問(wèn)題，后續在新版 PCB設計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 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中預留相應位置, 以備實(shí)驗整改時(shí)使用。

2.3案例3 ： PCB設計

某款金屬殼體儀表在面貼上打8kV接觸放電 時(shí)，顯示出現閃爍，現象同案例2。但結構上顯示 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, 顯示驅動(dòng)芯片的時(shí)鐘和數據線(xiàn)上已做RC濾波處 理，原理圖設計上沒(méi)有問(wèn)題。分析顯示板PCB, 發(fā)現時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(xiàn)從接口到芯片的走線(xiàn)較長(cháng), 且周?chē)鷽](méi)有完整地線(xiàn)，線(xiàn)路構成的回流面積較大, 容易受到高頻磁場(chǎng)干擾，使數據線(xiàn)上的數據產(chǎn)生 跳變，從而影響稱(chēng)重數據正常顯示，其中一條數 據線(xiàn)走線(xiàn)圖如圖2所示。

調整PCB板時(shí)鐘線(xiàn)和數據線(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)行靜電測試, 顯示無(wú)閃爍現象，順利通過(guò)靜電測試。

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設計中對重要的數據線(xiàn) 和時(shí)鐘線(xiàn)要做包地處理，以減小信號的回流面積, 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層板設計，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)陣屏幕出現閃爍、花屏現象， 但能自動(dòng)恢復，出現頻率較高，對垂直藕板和水 平藕板間接放電時(shí)，也會(huì )出現相同現象。由于儀 表殼體為鋁合金，前后擋板采用不銹鋼結構，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 部,影響顯示電路。為驗證這種分析，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。再次對儀表進(jìn)行靜電 實(shí)驗，閃屏和花屏現象消失，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) 入內部，使電路出現異常。

在點(diǎn)陣驅動(dòng)芯片的數據線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)上加濾波 電容和相應TVS后，現象得到明顯改善，但仍偶 有發(fā)生，約20次出現1次。為此，在軟件上對顯 示做了相應的特殊處理，調整了顯示的刷新頻率、 時(shí)鐘間隙等參數后，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處理， 從而解決靜電問(wèn)題。

2.5 小結

上述4個(gè)案例，僅在電路設計和軟件方面， 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，要結合具體 產(chǎn)品分析ESD的傳播途徑，看具體是傳導還是輻 射，然后從器件選型、接口濾波、PCB設計和軟 件等角度綜合解決靜電問(wèn)題。

3.結論

影響儀表ESD的因素有很多，靜電防護更是 一項系統工程，涉及結構、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?jì)热荩?/span> 通過(guò)具體實(shí)例，僅從電路和軟件角度對靜電問(wèn)題 進(jìn)行了分析，提出了從器件選型、接口濾波、PCB 設計和軟件來(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，不當之處，還請同 行指正。