0.引言
    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高分子材料、微電子器件和電爆裝置廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，靜電造成的危害也日益受到人們的關(guān)注。靜電放電不僅可以造成電爆裝置和易燃、易爆氣體的燃燒、爆炸，而且還極易干擾和破壞電子儀器設(shè)備。因此，電子設(shè)備的設(shè)計和開發(fā)更應(yīng)該注意防ESD設(shè)計和防護(hù)加固技術(shù)。通常我們從內(nèi)部軟件設(shè)計、外型殼體、電路設(shè)計和印制電路板布局、連接電纜等幾個方面來考慮電子設(shè)備設(shè)計中靜電放電的防護(hù)。特別是對電子設(shè)備內(nèi)部以及設(shè)備之間連接電纜進(jìn)行合適的靜電放電防護(hù)設(shè)計，將會對電子設(shè)備防靜電放電起到非常好的效果。
1.靜電放電的形式
    靜電放電可分為接觸式和非接觸式放電，也就是電流注入放電和空氣擊穿放電2種形式。靜電放電對電子設(shè)備的影響主要分為3種形式：①放電前帶電物體產(chǎn)生的靜電場對電子設(shè)備的影響；②放電時的直接電荷注入對電子設(shè)備的影響；③靜電放電電流激發(fā)的電磁場對電子設(shè)備的影響。
    靜電放電對設(shè)備產(chǎn)生的噪聲形式可分為：輻射噪聲和傳導(dǎo)噪聲。輻射噪聲是由放電之前靜電場和放電電流激發(fā)的電磁場所產(chǎn)生的。傳導(dǎo)噪聲包括直接電流注入和電磁場產(chǎn)生的感應(yīng)電流。實際情況下，兩種影響是同時存在的，但是為了分析簡單，筆者將分別從輻射噪聲和傳導(dǎo)噪聲的抑制來討論電纜靜電放電的防護(hù)措施。
2.抑制傳導(dǎo)噪聲
    對直接電流注入和電磁場感應(yīng)產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲，較好的抑制方式是對設(shè)備的各種連接電纜進(jìn)行設(shè)計。電纜可以為傳導(dǎo)噪聲提供低阻抗的接地回路，以防止其干擾電子電路。并且這樣也會有效減少靜電放電前的靜電場對電子設(shè)備的影響。
    為了產(chǎn)生一個低阻抗接地回路，首先要求設(shè)備的電纜具有較低阻抗值。對于大部分系統(tǒng)來說，電纜的阻抗已經(jīng)比較低，但是在高頻情況下，“趨膚效應(yīng)”會使電纜的阻抗顯著提高。因此，可以通過增加電纜導(dǎo)體的表面積（增大芯線的半徑）在一定程度上減弱“趨膚效應(yīng)”的影響。另一個影響電纜阻抗的因素是電纜連接點的接觸腐蝕，其對電纜阻抗的影響比“趨膚效應(yīng)”更加顯著。可以通過以下2種方式來減少影響：
（1）連接點的金屬材料的元素電位序盡量靠近。在潮濕的環(huán)境下，金屬會因為互相接觸的原因產(chǎn)生電動勢（EMF）。不同的電動勢就會引起電化腐蝕，腐蝕程度和連接點金屬之間的EMF差越大，腐蝕的程度也就越大。下表列出了部分金屬的元素電位序。                                         
   注：金屬的EMF和環(huán)境的關(guān)系很大，有些情況下金屬的EMF值可能與表中不同。
    不同的環(huán)境允許連接點金屬有一定的EMF差異。例如在惡劣的海洋環(huán)境下，不同接觸金屬材料之間的EMF不允許超過0.25V。通常環(huán)境下，連接點金屬之間的不超過0.75V的EMF差異都是可以接受的。
（2）連接點陽極金屬的裸露面積應(yīng)當(dāng)比陰極金屬的大。發(fā)生接觸腐蝕時，陰極金屬為陽極提供電子，所以如果陰極金屬比陽極金屬的裸露面積大，腐蝕會比相反的情況嚴(yán)重。在涂有油漆的情況下，未涂的部分也符合這個原則。
在連接點除了接觸腐蝕以外，還要考慮電解腐蝕和連接點金屬氧化。當(dāng)電流通過電解溶液從一種金屬流到另一種金屬時，就會發(fā)生電解腐蝕。連接點金屬的EMF差并不是發(fā)生電解腐蝕的必要條件。在潮濕的環(huán)境下，并且連接點有電流流過，才會發(fā)生電解腐蝕。外殼接地和屏蔽接地回路在通常情況下不會有電流流過，所以這種情況下電解腐蝕較少發(fā)生。此外，還應(yīng)盡可能地使用陰極金屬以減少金屬的氧化。因為在空氣中陽極金屬比較容易被氧化，陰極金屬通常比陽極金屬更加穩(wěn)定。
    如果腐蝕和趨膚效應(yīng)均得到有效處理，那么，另一個重要的問題是電纜的傳輸線效應(yīng)。理想情況下，我們需要對電纜進(jìn)行精確的阻抗匹配，使得ESD能量全部流入地。然而通常情況下精確的阻抗匹配并不容易實現(xiàn)，因此連接電纜一般都是阻抗不匹配的。盡管如此，如果接地回路的阻抗比較低，仍然可以使得大部分的ESD電流流入地，在一定程度上可以防止直接對電子電路的電弧放電。因為當(dāng)線長是1/4波長的奇數(shù)倍時，即使一個完全開路的終端也會如同短路。同樣，如果線長是半個波長的整數(shù)倍，一個短的電路終端也可看作短路。所以即使接地回路的終端阻抗不是完全匹配，在一些頻率成分下，仍然表現(xiàn)出比較低的阻抗。
然而，對另外一些頻率成分來說，接地回路會呈現(xiàn)相應(yīng)的高阻抗。設(shè)備的外殼和內(nèi)部電路之間就很有可能發(fā)生電弧放電。從而干擾甚至損害內(nèi)部電路。
3.抑制輻射噪聲
    首先面臨的輻射問題是外殼——低回路自己產(chǎn)生的輻射。如前所述，外殼——低回路阻抗不匹配，而這種阻抗不匹配將會產(chǎn)生駐波，在系統(tǒng)電纜的周圍產(chǎn)生電場和磁場分布。所以必須采取一些措施來減少產(chǎn)生的電磁場對系統(tǒng)內(nèi)部其他信號線的影響。
（1）使用屏蔽電纜，并且將屏蔽層連接到外殼地上。根據(jù)趨膚效應(yīng)，靜電電流（高頻）將趨于在屏蔽層的表面流動（這也是電纜在高頻呈現(xiàn)高阻抗的原因）。屏蔽層的半徑比普通電纜半徑要大，故屏蔽層的表面積也相對較大，因而將會減少趨膚效應(yīng)阻抗。如果假設(shè)屏蔽層比較厚，那么ESD電流將只在屏蔽層的外層流動，因而屏蔽層的內(nèi)層仍然可以起到屏蔽作用。為了使屏蔽層起到更好的效果，屏蔽層的接地方式通常要采取兩端接地。并且屏蔽層在外殼上的連接點和電纜在設(shè)備上的進(jìn)/出口之間的距離應(yīng)盡可能在4cm之內(nèi)。電纜的裸露抽頭部分長度也應(yīng)小于4cm。
（2）ESD電流回路盡量不要和其他信號線一起使用鐵氧體（ESD電流路徑不流過任何鐵氧體更好）。然而，如果線纜沒有很好的屏蔽，或者屏蔽效果不顯著，那么，在線纜束內(nèi)部的各條線上將感應(yīng)出相等的ESD噪聲（即共模ESD噪聲）。此時，使用共模鐵氧體將會有很好的抑制作用。
（3）若在線纜上使用鐵氧體磁環(huán)，并將其放置在信號線接受終端，則會增強(qiáng)噪聲抑制效果。
    剪短電纜束中沒有用到的芯線，能使屏蔽層將它們完全包住。裸露的芯線抽頭（也稱“豬尾”）相當(dāng)于在屏蔽層的內(nèi)部放置了一個感應(yīng)外部噪聲的天線，會將外部噪聲引入到屏蔽層內(nèi)部。另一個處理抽頭的方法是將其并行地連接到其他信號線上。但是最好不要連接到屏蔽層上，因為那樣相當(dāng)于將屏蔽層上感應(yīng)到的外部噪聲引入到屏蔽層內(nèi)部，從而干擾其他信號線。