人体可能携带数千甚至数万伏的静电,尤其在干燥天气下。切记,不要直接用带静电的手触摸电路板,以免造成损坏。人手不能直接接触电路板是电子工程师的常识,这是为什么呢?
静电的危害
不同的环境下,人体携带的静电电压从几伏几百伏到几万伏不等。人手接触电子元器件(导体)会产生静电放电,使器件损坏,降低可靠性;严重时,静电放电造成器件击穿,使产品直接报废。
此外,静电放电过程同时辐射出某种频率下的无线电波,干扰周边微处理器,造成应用程序运行紊乱,严重影响设备的正常工作。
因此在日常的生产、工作中需规范操作(包括正确佩戴静电环),尽量避免人手直接接触电子元器件,特别是在带电状态。
静电对核心板反馈回路的影响
以M62xx-T系列核心板(Cortex-A53内核)为例进行测试,在上电状态下,工程师手指触摸图2所示红色圈注位置,可诱发系统重启现象。这是什么原因呢?
图2 M62xx-T系列核心板图2红色圈注区域(R4,R6)是系统主电源3.3V DC-DC的负反馈及补偿网络(FB部分),如图3所示。
图3 系统电源电路
人手触摸(人体等效电阻等引入干扰)改变反馈回路特性(包括极点发生偏移),造成反馈回路震荡,导致DC-DC输出电压不稳定。DC-DC的输出电压不稳定,轻者导致系统重启(DC-DC自动调低输出电压),严重时会烧坏电路板主芯片(DC-DC自动调高输出电压),因此电路板带电禁止触摸。
如何预防静电
1. 防静电无绳手腕带
根据“电晕放电”效应和尖端放电原理,当聚积的电荷超过一定值时因电位差向空间放电,从而达到消除静电的目的。特点:方便、可靠,流动岗位才允许佩戴。静电耗散时间:小于0.5s。
2. 防静电手腕带
人体皮肤与手腕带上的导静电材料直接接触,当手腕带接地时,通过接地系统将人体运动产生的静电迅速泄放。静电泄放时间:小于0.1s。
3. 防静电PU涂层手套
防静电PU手套可进一步预防人体静电通过手部接触传导至电路板。手背导电丝间距:10mm。
核心板对静电防护措施
核心板对静电的保护措施此处以ZLG致远电子的 M62xx-T系列核心板 为例进行说明,如图8所示为M62xx-T核心板,图9为M62xx-T评估板(M62xx-EV-Board)。
M62xx-T系列核心板是ZLG致远电子基于TI公司AM62x系列处理器开发的高性能嵌入式核心板,板内集成了DDR4、eMMC、QSPI Flash、硬件看门狗和WIFI/蓝牙模块(可选)等外设。核心板采用的AM62x系列处理器具有多达四核64位Arm® Cortex®-A53,主频高达1.4GHz,另外还带频率高达400MHz的单核Arm® Cortex®-M4F MCU,为实时应用提供了优异的性能。
图8 M62xx-T系列核心板
图9 M62xx-T评估板(M62xx-EV-Board)M62xx-T系列核心板配合评估底板可从硬件进行静电防护,通过的电磁兼容试验如下:
静电放电抗扰度:接触放电±4KV;
电快速瞬变脉冲群:干扰频率5KHz、100KHz,脉冲群周期300(1±20%)ms;
雷击(浪涌)抗扰度:直流电源接口±2KV电容耦合,信号控制端口±1KV直接耦合,1次/分钟;
传导骚扰抗扰度:直流电源接口3V CDN耦合,信号控制端口3V电磁钳耦合,试验频率150KHz~ 80MHz;
传导骚扰:GB/T 9254.1-2021 CLASS A,频率范围:150kHz~30MHz。