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标题: 静电泄放路径加磁珠问题 [打印本页]

作者: wcn312318697 时间: 2012-2-17 11:50
标题: 静电泄放路径加磁珠问题
在郑军奇《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》第二版中

有个说明：磁珠通常推荐使用在电源或信号线上来增强去耦效果，在地之间使用时一定要小心（也许某些场合可用），特别是静电放电干扰电流或EFT/B干扰电流流过时。

对于这点，个人有以下看法。。希望各路高手可以多多指教啊

例如，一个USB主口，它的金属外壳有2个pin脚（通孔的）固定在PCB板上，连接这2个pin脚的网络通过一个600ohm的磁珠接到地去。

在这种情况下，对该USB主口进行放电测试，会产生如何的情况呢：

当放电电流功过该磁珠时，导致一个较大的共模电流产生，而由于这个阻抗，使磁珠前后2点的电位有一定压差，则，在这2点之间的网络就会产生一个共模电压干扰。。这是其一

第二，由于在这条通地的路径上存在600ohm的阻抗，那么，由于分布电容的存在，是否就会导致更多的高频信号会从分布电容耦合到系统内部去，从而导致一个更大的EMC问题。

在实际测试中发现，将该处的磁珠改成0ohm电阻后，USB主口的抗静电能力得到较大提高。

因此，最优化的改进方案可以这样：将该磁珠换成0ohm电阻或者直接用焊锡连接（可以在它2个pin脚上接地。这块地需要尽量大，并与板子的参考大地相连通）。另外，尽量不要在USB主口下方走较长的线。
不知道分析是否合理，想必还有不足与误解之处。。希望大家指出。

作者: wcn312318697 时间: 2012-2-17 22:22
还想起一点，磁珠存在不同频率下呈现不同阻抗的特性，这里的600ohm应该是它的直流阻抗，那么当静电电流为高频状态时，比然会呈现一个很高的阻抗，从而导致更多的电流从分布电容耦合到系统内部去。

作者: 桃花岛主 时间: 2012-2-17 22:44
你这种USB加磁珠的方案是有问题的；
首先，静电是一种共模注入，就是说最终是要下到参考接地平板上，按照静电的试验方法，你需要往USB金属外壳上打，那么静电是怎么的路径呢?
对于金属外壳产品来说，打在机壳上的静电需要通过磁珠先到GND，然后由GND通过安装孔到金属机壳再通过地线到参考接地平板，如果你在USB外壳与GND之间加了磁珠，那么对静电流来说，就要经过一个高阻抗，此时会在上面产生一个共模电压，那么这个共模电压会在地上产生共模电流，此时如果你的USB口有GND到金属机壳的安装孔，此时共模干扰电流直接到金属机壳再到参考接地板，如果USB口没有安装孔，那么就会流过GND在通过安装孔到金属外壳，因为GND上总有一定的阻抗，那么共模电流就会产生一个共模电压，这个电压叠加到信号上，可能引起信号翻转，干扰也就形成了，这种设计，一定要把握好安装孔与金属外壳接地及金属外壳的接地点，才不会出问题；
对于塑料外壳的产品，加这个磁珠后，同样会产生一个共模电压，由于塑料外壳，GND悬空，因为可能在PCB另一端存在I/O，此电缆会与参考接地板有分布电容，或GND与参考接地板有分布电容这两种方式形成静电环路，此时因为GND有阻抗，共模电流会在GND上产生共模电压，然后干扰与前面说的就一样了；

USB外壳与GND通过0欧电阻或直连可能好点，此时不会在USB金属外壳与GND直接产生电位差，减少了一个共模干扰源头。

这种设计一个要关注安装孔与金属外壳连接位置，一个要关注金属外壳接地点，对于塑料外壳，要关注I/O接口位置，这三点把握好了，风险会非常小，而你连磁珠、0欧电阻、直连等方式倒不重要了。下图就是一种比较好的这两者的架构设计关系;通过安装孔和接地点位置引导共模电流流向，因此共模电流不会流向板内，干扰也就不存在了。

(, 下载次数: 68)

作者: wcn312318697 时间: 2012-2-17 22:57
呵呵。。谢谢的详细解答哈

这是我公司的一个失败设计案例，我也是在看了岛主推荐的郑军齐的《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》第二版之后，才懂得这个道理，然后自己尝试着去分析整改的。。

果然非常有帮助。。

再次谢谢岛主！

作者: rarkii 时间: 2012-2-17 23:08
还想起一点，磁珠存在不同频率下呈现不同阻抗的特性，这里的600ohm应该是它的直流阻抗，那么当静电电流为高频状态时，比然会呈现一个很高的阻抗，从而导致更多的电流从分布电容耦合到系统内部去。
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这种理解有误！
磁珠有阻抗都是频率特性阻抗，而且在一定电流情况下才会存在这种阻抗，如果超过电流值，那么阻抗曲线的特征就没有道理了。磁珠有直流阻抗，但是是非常小，不会超过1欧姆。
分布电容都是直连的，就无所谓分布电容，应该是两者电路回流环路的互感来决定耦合系数。

作者: rarkii 时间: 2012-2-17 23:11
ESD始终考虑到回流环路的问题。没有一致的规律。
如果电路很强大，芯片不是太差，那么直连是最好的。
如果电路很弱，芯片太差，那么就不是去直连，而是设定了特定的回路，这里，电阻就是那个回路的主要衔接点。
打螺丝到机壳地，如果是铁壳的话，就是为了设定好特定的ESD回路，ESD能量流经PCB就会很少。

作者: Luky 时间: 2012-2-17 23:17
回复 2# wcn312318697

600欧姆是100MHz时的阻抗，不是直流阻抗

作者: wcn312318697 时间: 2012-2-17 23:18

还想起一点，磁珠存在不同频率下呈现不同阻抗的特性，这里的600ohm应该是它的直流阻抗，那么当静电电流为高 ...
rarkii 发表于 2012-2-17 23:08

谢谢指正看来还需要加强修炼

对于你所说的磁珠不超过一定电流是指它的最大额定电流吧。。。

而所谓的不同频率下呈现不同阻抗应该是磁珠的特性吧？为什么说是根据电流来决定？？

另外，我是觉得，对于两个不同电位点，它们之间就一定会存在有分布电容（是这么叫吧，比如我的USB的金属固定pin脚与临近的一片地网络，或者其他信号线之间），从而导致一些高频的信号会通过这个分布电容耦合到其他信号线上去。

至于感性耦合那个说法我还不太理解。。能说详细些吗

谢谢

作者: wcn312318697 时间: 2012-2-17 23:19
回复 7# Luky

哈哈。。原来是这样的啊。。

对，记起来了。。前次看到过资料上是这么写的。。

谢谢指正哈

那么当静电电流所产生的更高频的情况下，磁珠的阻抗应该会更高吧。。

静电的高频应该在300MHZ左右

作者: Danyx 时间: 2012-2-18 00:23
对静电流来说，就要经过一个高阻抗，那么会在上面产生一个共模电压，那么这个共模电压会在地上产生共模电流-------------------对于岛主此句不是很理解；：
1、静电流流过高阻抗磁珠，怎么过？通过磁珠分布电容吗？
2、在上面产生一个共模电压，是在USB外壳上吗？
3、这个共模电压如何在地上产生共模电流？此共模电流是否就是静电流？因为据岛主描述，无非就是静电流从静电枪出来，然后经过磁珠，经过GND，经过安装孔，经过机壳地线参考平面板，回到静电枪，就这么一个电流环路

作者: 桃花岛主 时间: 2012-2-18 13:21
磁珠高频时等效为电感和电阻的并联，当然是流过了，分布电容什么时候都存在，也是一个路径，分流小而已；
就是在磁珠两端产生共模电压，有共模电压，有环路，共模电流不就产生了吗？根据能量守恒，这个共模电流也是静电流的一部分；

设计时大家注意，任何时候保证地阻抗最小都是正确的，只有保证地阻抗很小很小，EMC绝大部分问题也就解决了。

作者: hptangtang 时间: 2012-2-20 10:38
回复 3# 桃花岛主

对于金属外壳且接大地的产品，静电放电回路很好理解。
但是对于塑料外壳的浮地产品，由于整个产品只有一个PCB板，也只有板子上有个地平面，没有跟任何的其他设备相连。这种产品打静电怎么才能产生一个静电放电回路呢？静电枪根本就放不了电。。。
标准上写道，对于塑料外壳且浮地产品，静电测试时需要用940kohm的接地线放电。可以打一枪放一次电，也可以一边打一边放，具体使用哪种测试方法取决于哪种更严酷。
边打边放的方法可以理解静电放电回路，但是打一枪放一次电的测试方法下，是不是每打一枪，静电就存储在PCB板上，当用940kohm的接地线放电时才是真正的静电放电测试？
还请岛主帮忙解惑。

作者: zhaocaijun 时间: 2012-2-20 18:46
抛砖引玉
作为EMC中比较难的静电，其耦合路径有多种情况，非要归纳的话，就是静电放电干扰既可以是共模电流也可以使电磁辐射，二者也以互相转换。
对于12楼的其中一个问题，即浮地产品的静电放电回路来讲，在高频时，回路可能并不是一个物理上的连通。例如，产品的电路板与参考地之间具有电容，这也是回路的一环。
另外，GB/T17626.2中是规定了浮地设备的静电放电方法，即打一枪放一次电。如果连续打的话，当电荷充满了会出现打不进去的情况，另外，累积的电荷产生的二次放电远大于试验设定的电压。

作者: wcn312318697 时间: 2012-2-20 22:16
回复 13# zhaocaijun

对，这个问题值得详细讨论。。

另外还有个问题也令人困惑。。。

当接触放电时，+6K没问题，但是如果我打接触放电时，当我放电枪头距离接触点还有一点距离时，扣动开关，结果发现反而这个时候会产生问题。。。

是否说明，在这种情况下，产生的干扰更大呢。。但是，原理呢？当未接触时，需要击穿空气进行放电，这和空气放电又有怎样的区别、。？

难道是因为当未接触就放电，导致击穿空气放电，这时候击穿空气的耦合电容有个较大的阻抗，那么这时更多的高频信号变成辐射形式通过其他的耦合路径进入到了系统中，而不是通过正常路径下的泄放通路，因此导致更糟糕的EMC性能。。那么空气放电的时候呢？和这又有怎样的区别，空气放电好像耐压值都比接触放电高，如果空气放电情况更恶劣，那么测试空气放电岂不是更有必要。

而且模拟现实情况：大部分静电放电现象应该是空气放电导致的，那么接触放电的意义又何在？？

希望大哥能帮忙解答哈

作者: eleven2 时间: 2012-2-25 01:18
学习下

作者: 桃花岛主 时间: 2012-2-25 22:19
回复 12# hptangtang

对于塑料外壳浮地的产品，也是有静电回路的，不直观而已；因为PCB的GND平面或布线对参考接地平板也有分布电容，只不过非常非常小而已，基本是pF级，但不能忽视，对高频信号，它就是一个低阻抗的通路，静电的频带非常宽，一般会达到300M，因此，有些频率成分的干扰还会顺这个分布电容下地，大多数静电成分可能因为这个电容是高阻，所以积累在单板上而已，这也就是浮地产品打静电时放电的原因。

作者: hptangtang 时间: 2012-2-27 12:20
一直没有考虑到主板和参考接地平面之间的分布电容。
真是一语点醒梦中人~~
多谢了！

作者: li-0165 时间: 2012-2-29 21:32
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作者: 楚狂人 时间: 2012-2-29 21:37
回复 16# 桃花岛主

如果懂得用分布参数来考虑问题，就相当于打通了任督二脉。

作者: zhuyeqing 时间: 2012-3-1 14:02
D回复 12# hptangtang
对于塑料外壳的浮地产品采用打一次静电，放一次电荷，是因为此类产品静电荷没有泻放路径，容易造成电荷的积累。比如打两千伏的静电打两次就成四千

作者: wcn312318697 时间: 2012-3-2 13:39
回复 16# 桃花岛主

岛主，
      谢谢你的耐心解答。
      另外一点疑惑是，浮地的塑料外壳产品，我们打静电时应该打一次放一次电，那么本身它的泄放静电能力不强，我们可以如何对其进行泄放呢。。塑料外壳的，没有明显的接地点。。难道是用接地泄放的线缆对我们所测试的测试点或面进行接触然后泄放吗。。但是这样，是否可以有效的泄放掉电荷？？
      难道静电电流也向水流一样，当打静电时，是强行向机器内部灌水，水流顺着地势流向各个低电势点，而由于浮地塑料壳产品没有一个很好的泄放通道，就相当于没有一个出口，或者出口非常的细，因此造成大部分的水蓄在了产品内部较低电势（低洼）处，而我们对其泄放时，就相当于，突然我们把在原本水的进水口处连接了一个非常大而电势又很低的水塘（比产品内部所有的低洼地势都低），因此，产品内部的水流又会忽忽的从内往外回流出来。。从而得到泄放。
      不知道这样的描述是否得体，贴切。。。是用电势来表达这个概念吗？？
还有一点不清晰的是：是否有可能会这样，打静电时，静电电流向内部流过的路径相对于电流从内部泄放出来的路径会有偏差，即不能保证内部的积累电荷都可以得到完全的释放。

作者: 极客 时间: 2012-3-13 16:56
磁珠的600ohm阻抗是在100M时的阻抗，而其静态阻抗都非常的小，不会超过1ohm.

作者: will 时间: 2012-5-3 10:51
这个要收藏，很有意义，我们的产品就是之间就有类似的问题。

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