为什么不能用手摸电路板?
出处:ZLG致远电子 发布于:2017-11-10 14:51:48
冬天来了,人体可释放高达几万伏特的静电,年底项目也到了收尾阶段,大家千万别因为携带静电的手直接触摸带电主板而导致主板烧坏!
人手不能直接接触或触摸电路板是电子工程师的常识,这是为什么呢?
一、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。
图2 注意静电
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。
图3 人体静电
二、静电对板反馈回路的影响
以M3352工业级板(Cortex-A8内核)为例进行测试(该板通过了电磁兼容工业4级试验,包括静电、浪涌、脉冲群、传导骚扰等),在上电状态下,工程师手指触摸图4所示黄色圈注位置,可诱发系统重启现象。这是什么原因呢?
图4 M3352工业级板
图4黄色圈注区域(R80,C116,R79,R78)是系统主电源3.3V DC-DC的负反馈及补偿网络(FB部分),如图5所示。
图5 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),因此主板带电禁止触摸。
图6 主板带电禁止触摸
三、如何预防静电
防静电无绳手腕带
图7 防静电无绳手腕带
根据“电晕放电”效应和放电原理,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
图8 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
图9 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。
四、板对静电防护措施
工业级板对静电的保护措施此处以致远电子的M3352工业级板为例进行说明,如如10所示为M3352板,图11为M3352P评估板。
M3352采用的是Cortex-A8平台的AM3352,主频800MHz,双CAN、双网口、6串口,工作温度-40℃ ~ +85℃。M3352板配合评估底板可从硬件防护和软件防护两个方面进行静电防护。
图10 M3352工业级板
图11 M3352评估套件
五、硬件防护——电磁兼容工业4级
静电放电抗扰度:空气放电±15KV,接触放电±8KV;
电快速瞬变脉冲群:干扰频率5KHz、100KHz,脉冲群时间300(1±20%)ms;
雷击(浪涌)抗扰度:2KV电容耦合与气体放电管耦合,1次/分钟;
传导骚扰抗扰度:3V电容耦合与气体放电管耦合, 试验频率150KHz~ 80MHz。
六、软件防护——双系统架构设计
操作系统通常存储于Flash中,Flash的频繁擦写易出现坏块,产品的静电干扰、意外掉电易引发操作系统丢失、文件系统损坏。M3352板在正常运行的系统外,冗余设计一处备份系统,在Flash正常存储系统的区域出现坏块情况下,备份系统自动启动,确保产品依然能够稳定工作。
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