本文介紹了靜電產(chǎn)生的機(jī)理和傳播途徑。針對(duì)儀表顯示電路的靜電問題， 提出了從器件選型、接口濾波、PCB設(shè)計(jì)和軟件等四個(gè)角度著手解決靜電問題的思想，拋磚 引玉，希望對(duì)大家解決同類問題有所幫助。

顯示電路是電子稱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。本文首先簡要介 紹了靜電產(chǎn)生的機(jī)理和傳播途徑，然后通過幾個(gè) 例子，分別從器件選型、接口濾波、PCB設(shè)計(jì)和 軟件等角度解決顯示電路的靜電問題，希望對(duì)大 家有借鑒意義。

1.靜電的機(jī)理和傳播途徑

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

一種方式是傳導(dǎo)干擾：若電路的某個(gè)部分構(gòu) 成了放電路徑，即靜電放電電流直接侵入設(shè)備內(nèi) 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。從而將輻射磁場和電場，磁場能夠在 附近電路的各個(gè)信號(hào)環(huán)路中感應(yīng)出干擾電動(dòng)勢(shì), 從而影響電路的正常工作。

相應(yīng)的ESD的破壞機(jī)制主要有兩種。

功率擊穿：指半導(dǎo)體PN結(jié)、絕緣介質(zhì)層、連 接導(dǎo)線等在過電流下的擊穿，它與靜電放電脈沖 形狀、持續(xù)時(shí)間和能量積累有關(guān)。原因?yàn)?/span>ESD電 流流過集成電路內(nèi)部導(dǎo)致PN結(jié)溫度升高，導(dǎo)致器 件老化或損壞。

電壓擊穿：指半導(dǎo)體PN結(jié)或絕緣介質(zhì)層在過 電壓下的擊穿。原因?yàn)?/span>ESD感應(yīng)出高的電壓導(dǎo)致 絕緣擊穿。

2.顯示電路靜電問題

大部分電子秤儀表所處的環(huán)境比較惡劣，且狀 況復(fù)雜，經(jīng)常受到靜電影響，導(dǎo)致儀表性能下降， 甚至無法工作。若儀表受到靜電干擾，顯示出現(xiàn) 閃屏、花屏、甚至黑屏，這將嚴(yán)重影響客戶的正 常使用，對(duì)客戶造成不必要的損失，同時(shí)也將影 響公司在客戶中的形象。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)。

稱重儀表靜電問題牽涉到結(jié)構(gòu)、電路和軟件 三個(gè)方面，牽涉到很多內(nèi)容，本文僅從電路和軟 件這兩方面來解決靜電問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面請(qǐng)參 考參考文獻(xiàn)。

下面將結(jié)合實(shí)際開發(fā)過程中ESD案例，講解 如何從器件選型、接口濾波、PCB設(shè)計(jì)和軟件這 四個(gè)角度著手解決顯示電路的靜電問題，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(yàn)室打靜電接觸6kV時(shí)， 顯示出現(xiàn)黑屏。分析發(fā)現(xiàn)顯示黑屏后，CPU仍在 正常工作，CPU仍在向顯示電路發(fā)送數(shù)據(jù)，初步 分析為顯示驅(qū)動(dòng)芯片打靜電后出現(xiàn)異常。整個(gè)儀 表采用鋁合金殼體，由于結(jié)構(gòu)和顯示數(shù)碼管位置 限制，導(dǎo)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(qū)動(dòng)芯片及走 線離PCB板邊緣只有1.5mm。靜電通過殼體和 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。期間試過接地和濾波的方法， 但都沒有成功。最后懷疑是否顯示驅(qū)動(dòng)芯片本身 抗靜電能力太差，導(dǎo)致黑屏現(xiàn)象。咨詢顯示芯片 廠家后，得到顯示芯片只能過2kV靜電。最后更 換顯示驅(qū)動(dòng)芯片后，黑屏現(xiàn)象消失，順利通過 GB/T 7724- 2008]接觸 6kV,空氣 8kV 的要求。

可見在顯示電路設(shè)計(jì)時(shí)，器件選型比較關(guān)鍵， 要選擇抗靜電干擾能力強(qiáng)的芯片。

2.2案例2:接口濾波

某款塑料殼體儀表在對(duì)串行接口 DB9金屬 部分打接觸6kV時(shí)，顯示出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，能自 動(dòng)恢復(fù)，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(jié)構(gòu)，主板和顯 示板采用排線連接，排線長度約15cm。由第一節(jié) 靜電的機(jī)理和傳播途徑可知，ESD主要通過傳導(dǎo) 和輻射影響電路，其中靜電產(chǎn)生的輻射頻率高達(dá) 上GHz,而15cm的長度很可能成為接收天線。初 步懷疑主板和顯示板之間的連接排線成為接收天 線，接收靜電產(chǎn)生的高頻電磁波，從而出現(xiàn)顯示 數(shù)據(jù)異常。考慮在排線上繞磁環(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(xiàn)象消失，順利通過6kV靜電。由于繞磁環(huán)在工 藝上和運(yùn)輸過程中容易出現(xiàn)問題，后續(xù)在新版 PCB設(shè)計(jì)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能順利通過靜電實(shí)驗(yàn) 而不用在排線上加磁環(huán)。

這邊需要在整改中注意的是，排線要在磁環(huán) 上繞幾圈，而不是直接穿過磁環(huán)，以免影響整改 效果。

這個(gè)案例說明，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(yù)留相應(yīng)位置, 以備實(shí)驗(yàn)整改時(shí)使用。

2.3案例3 ： PCB設(shè)計(jì)

某款金屬殼體儀表在面貼上打8kV接觸放電 時(shí)，顯示出現(xiàn)閃爍，現(xiàn)象同案例2。但結(jié)構(gòu)上顯示 板和主板通過接插件直接相連，且線路板和金屬 殼體有4mm的安全距離。初步考慮靜電通過輻射 方式影響顯示電路正常工作。檢查原理圖發(fā)現(xiàn), 顯示驅(qū)動(dòng)芯片的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線上已做RC濾波處 理，原理圖設(shè)計(jì)上沒有問題。分析顯示板PCB, 發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線從接口到芯片的走線較長, 且周圍沒有完整地線，線路構(gòu)成的回流面積較大, 容易受到高頻磁場干擾，使數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)產(chǎn)生 跳變，從而影響稱重?cái)?shù)據(jù)正常顯示，其中一條數(shù) 據(jù)線走線圖如圖2所示。

調(diào)整PCB板時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線走線，在這些線 旁邊加一條地線回流路徑，重新進(jìn)行靜電測試, 顯示無閃爍現(xiàn)象，順利通過靜電測試。

此案例說明，合理的PCB走線能大幅度提高 電路的抗靜電能力。PCB設(shè)計(jì)中對(duì)重要的數(shù)據(jù)線 和時(shí)鐘線要做包地處理，以減小信號(hào)的回流面積, 減小其接收高頻電磁場的能力。如成本允許，顯 示板可采用4層板設(shè)計(jì)，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(xiàn)閃爍、花屏現(xiàn)象， 但能自動(dòng)恢復(fù)，出現(xiàn)頻率較高，對(duì)垂直藕板和水 平藕板間接放電時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)相同現(xiàn)象。由于儀 表殼體為鋁合金，前后擋板采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，整 體密封性較好，且接地良好，初步懷疑靜電輻射 產(chǎn)生的高頻磁場穿透薄膜面貼顯示窗進(jìn)入儀表內(nèi) 部,影響顯示電路。為驗(yàn)證這種分析，在薄膜面 貼上貼上橫豎交叉類似“井”字型的銅箔條，且 銅箔與金屬殼體充分接觸。再次對(duì)儀表進(jìn)行靜電 實(shí)驗(yàn)，閃屏和花屏現(xiàn)象消失，可見猜想正確，靜 電產(chǎn)生的高頻磁場確定是通過薄膜面貼顯示窗進(jìn) 入內(nèi)部，使電路出現(xiàn)異常。

在點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)芯片的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線上加濾波 電容和相應(yīng)TVS后，現(xiàn)象得到明顯改善，但仍偶 有發(fā)生，約20次出現(xiàn)1次。為此，在軟件上對(duì)顯 示做了相應(yīng)的特殊處理，調(diào)整了顯示的刷新頻率、 時(shí)鐘間隙等參數(shù)后，問題等到解決。

可見，在某些情況下，硬件方法很難解決或 沒有思路時(shí)，不妨試試從軟件角度去做相應(yīng)處理， 從而解決靜電問題。

2.5 小結(jié)

上述4個(gè)案例，僅在電路設(shè)計(jì)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題，要結(jié)合具體 產(chǎn)品分析ESD的傳播途徑，看具體是傳導(dǎo)還是輻 射，然后從器件選型、接口濾波、PCB設(shè)計(jì)和軟 件等角度綜合解決靜電問題。

3.結(jié)論

影響儀表ESD的因素有很多，靜電防護(hù)更是 一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及結(jié)構(gòu)、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題為研究內(nèi)容， 通過具體實(shí)例，僅從電路和軟件角度對(duì)靜電問題 進(jìn)行了分析，提出了從器件選型、接口濾波、PCB 設(shè)計(jì)和軟件來解決靜電問題的思想，希望為同行 解決靜電問題提供一種思路，不當(dāng)之處，還請(qǐng)同 行指正。