为什么不能用手摸电路板?

时间:2017-11-09 13:08来源:ZLG致远电子

摘要: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!

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、静电对核心板反馈回路的影响
以 M3352 工业级核心板(Cortex-A8 内核)为例进行测试(该核心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 工业级核心板

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
1. 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

 
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、核心板对静电防护措施
工业级核心板对静电的保护措施此处以致远电子的 M3352 工业级核心板为例进行说明,如如10所示为 M3352 核心板,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 核心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 工业级核心板
 
 
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 核心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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