【正文】 的數(shù)值。C人體 上的電荷主要集中在腳跟處，在腳底表面也會(huì)分布一些。當(dāng)C臂 和C指 放電完畢時(shí)，電弧會(huì)熄滅。許多實(shí)驗(yàn)表明，在一個(gè)靜電放電事件中，會(huì)發(fā)生多次放電。　　圖9是一個(gè)忽略了人體實(shí)際情況的簡(jiǎn)單RC模型。所幸的是，我們可以用統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題。圖8 典型人體靜電放電電流波形　　在這個(gè)波形中，低頻成分轉(zhuǎn)移的電荷比高頻成分多，但是高頻成分 會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的場(chǎng)。不同的波形如圖3~7所示。C臂 和C臂鍵盤(pán) 的放電產(chǎn)生較高的頻率。并且，經(jīng)過(guò)C人體 的放電電流中的任何高頻成分都趨向流過(guò)C鍵盤(pán) ，而不是鍵盤(pán)的地線。這意味著C 臂 和C臂鍵盤(pán) 的放電比C指 單獨(dú)放電要慢。因此，只有當(dāng)輝光放電沒(méi)有發(fā)生時(shí)，靜電放電的最高頻率才取決于R 電弧 、L電弧 和C指 的量值。輝光放電的發(fā)生會(huì)嚴(yán)重影響放電波形。阻尼特性取決于R 電弧 ，而回路的振蕩頻率取決于L電弧 和C指 。特別是R電弧 的值，開(kāi)始時(shí)較大，隨著空氣電離程度的增加，越來(lái)越小。由于更快的電流上升速率和更大的幅度，因此會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的靜電放電。　　雖然在電弧發(fā)生之前手指向鍵盤(pán)逼近的速度并不重要，但是在電弧發(fā)生期間手指逼近鍵盤(pán)的速度卻非常重要?！　∏懊娴哪Ｐ屯暾孛枋隽遂o電放電事件中發(fā)生的充電過(guò)程?！?) 這個(gè)模型中的設(shè)備是接地的。注意，這并不是不變的，當(dāng)人體靠近大地時(shí)，人體的電容更大一些?！　∥覀儗⒈纠械娜梭w和鍵盤(pán)用圖1所示的模型來(lái)表示。但是即使接近速度很快，充電電流的上升速率也是很低的，因此，在放電發(fā)生之前形成的充電過(guò)程并不會(huì)對(duì)鍵盤(pán)的工作造成任何影響。由于鍵盤(pán)是接地的，因此其充電過(guò)程是由電子在鍵盤(pán)內(nèi)部的地線上流動(dòng)而產(chǎn)生的（沒(méi)有接地的設(shè)備是由電荷重新分布來(lái)抵消人體電荷的）?？諝怆婋x是指當(dāng)加在氣體上的電場(chǎng)強(qiáng)度很高時(shí)，氣體中的自由電子或離子將獲得足夠的能量，撞擊其它原子和分子，產(chǎn)生更多的自由電子和離子，形成導(dǎo)電氣體。例如，假設(shè)鞋跟從地毯吸引電子，地毯上留下了正電荷，鞋子上帶負(fù)電荷，這些負(fù)電荷會(huì)將人體上的正電荷吸引到腳上，于是人體的其它部位剩下負(fù)電荷?！　≈链耍覀儍H討論了鞋子和地毯這樣一些絕緣介質(zhì)。大部分回放電流流過(guò)鞋子和地毯，一小部分流過(guò)空氣。因此，在實(shí)際中很難預(yù)見(jiàn)鞋子是帶正電還是負(fù)電。許多文獻(xiàn)都給出了摩擦生電的排序表，說(shuō)明什么物質(zhì)可以從什么物質(zhì)吸引電子?！　∈紫任覀兗僭O(shè)人體是不帶電的，然后討論人體充電的過(guò)程。本章對(duì)靜電放電進(jìn)行詳細(xì)的論述。為了使講解更具體，以在地毯上行走的人接觸電氣設(shè)備為實(shí)例。當(dāng)人在地毯上行走時(shí)，鞋跟會(huì)與地毯碰撞接觸。實(shí)際上，很難確定一個(gè)能夠用實(shí)驗(yàn)重復(fù)的精確序列。但有一點(diǎn)是肯定的，就是鞋子上會(huì)帶電，而地毯上的腳印上會(huì)帶相反的電荷。較高的濕度會(huì)降低介質(zhì)的電阻，增加回放電流。不要忘記，還有人體這樣一個(gè)導(dǎo)體存在。人體上的電荷量取決于前面所述的回放電流。只要外界的電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，就能維持這一狀態(tài)。在本例中，由于人體帶負(fù)電荷，因此鍵盤(pán)會(huì)通過(guò)地線失去電子而帶正電荷?！　”瘸潆姼匾囊粋€(gè)因素是放電之前存在與人體和設(shè)備之間的靜電場(chǎng)。 圖1 人體和鍵盤(pán)靜電放電系統(tǒng)的模型圖中各參數(shù)的含義如下：　　　C人體 = 人體和大地之間的電容　　　R人體 = 人體的電阻　　　L人體 = 人體的電感　　　C臂 = 人手臂與大地之間的電容　　　C臂鍵 = 人手臂與鍵盤(pán)之間的電容　　　R臂 = 人手臂放電路徑的電阻　　　L臂 = 人手臂放電路徑的電感　　　C指 = 人手、手指與鍵盤(pán)之間的電容　　　C鍵盤(pán) = 鍵盤(pán)與大地之間的電容　　　R鍵盤(pán) = 鍵盤(pán)到大地路徑的電阻　　　L鍵盤(pán) = 鍵盤(pán)到大地路徑的電感　　C指 、C臂鍵 與C鍵盤(pán) 之間的電阻和電感很小，因此沒(méi)有包含在這個(gè)模型中。　3) 在C臂鍵盤(pán) 與鍵盤(pán)之間或 C臂 與C人體 與大地之間沒(méi)有電感或電阻。手持或袖珍設(shè)備中沒(méi)有R鍵盤(pán) 和L鍵盤(pán) 。下面要討論放電過(guò)程。電弧形成所需要的時(shí)間遠(yuǎn)比電弧的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)?！　?duì)前面的模型稍微進(jìn)行修改，就可以用來(lái)描述靜電放電過(guò)程。圖2包含了弧光的靜電放電模型　　這個(gè)模型雖然有一定的局限性，但是能夠比較確切地描述靜電放電的過(guò)程。C指 的量值取決于手指和手的大小。在這個(gè)模型中，輝光放電的離子流可以看成將C指 、C臂鍵盤(pán) 和C臂 短路的旁路電阻?！　‘?dāng)CF 放電時(shí)，由C 鍵盤(pán) 、C臂 和C臂鍵盤(pán) 構(gòu)成的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也開(kāi)始放電。對(duì)于C 人體 ，放電路徑包括R人體 、L人體 、 R臂 、L臂 和L電弧 。鍵盤(pán)地線中的電流僅限于C人體 放電電流中的低頻成分。最后，C人體 的放電產(chǎn)生較低的頻率。圖3 極高頻率 由實(shí)驗(yàn)得出的各個(gè)參數(shù)的范圍如下：　　　　Tr （上升時(shí)間） = 200ps至70ms　　　　TS（尖峰寬度） = 至10ns　　　　Tt （持續(xù)長(zhǎng)度） = 100ns 至2(s　　計(jì)算機(jī)模型計(jì)算結(jié)果表明，范圍可能更寬。一定要記住的一個(gè)事實(shí)是，靜電放電時(shí)間產(chǎn)生的能量很大，頻率很高（高達(dá)5GHz）。這個(gè)模型把問(wèn)題簡(jiǎn)化得太厲害了，因此導(dǎo)致了許多不正確的結(jié)果。這些放電陸續(xù)減弱，間隔從10(s至200ms。這時(shí)，C人體 會(huì)對(duì)C臂 和CF 充電，直到空氣再次被擊穿。因此，R人體 包含了皮膚電阻，其阻值是較大的。因此造成更長(zhǎng)間隔的放電的原因可能有兩個(gè)，一個(gè)是鞋跟的介質(zhì)吸收效應(yīng)。如前所述，當(dāng)沒(méi)有足夠的能量維持電弧通路時(shí)，電弧會(huì)熄滅。這種再充電（會(huì)導(dǎo)致多次放電）會(huì)影響電子設(shè)備。無(wú)論如何，當(dāng)人體初始電荷較高時(shí)，多次放電更容易發(fā)生。電壓較低時(shí)，輝光放電的作用很小，因此上升時(shí)間會(huì)很快，峰值電流也很大。2. 靜電放電對(duì)電子設(shè)備的影響上一章，我們以人體走過(guò)地毯然后接觸鍵盤(pán)為例建立了靜電放電事件的模型。上一章中建立的靜電放電模型是將鍵盤(pán)看成一個(gè)單獨(dú)的模塊，具有集中的電容、電感和電阻。人體上的電壓通常會(huì)達(dá)到8~10kV。實(shí)際上，人體上許多部位的半徑小于1厘米，因此在通常條件下是不會(huì)出現(xiàn)這種電壓的。這種現(xiàn)象在集成電路中尤為普遍，因?yàn)榧呻娐分械慕橘|(zhì)層很薄。擊穿發(fā)生后，伴隨著電荷的重新分布，會(huì)有較大的電流，這個(gè)電流會(huì)燒毀鍵盤(pán)內(nèi)的電子器件。當(dāng)然，這個(gè)金屬擋板與器件之間必須有良好的絕緣，使它與器件之間不會(huì)發(fā)生放電。要徹底解決靜電場(chǎng)的問(wèn)題和電荷注入問(wèn)題，必須將系統(tǒng)（包括電纜）完全包圍起來(lái)，或者將金屬擋板接地。電流注入和電場(chǎng)的問(wèn)題不僅會(huì)造成設(shè)備立即損壞，還會(huì)造成潛在的損壞，使設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題。并假設(shè)鍵盤(pán)在一塊金屬板的下面，金屬板與電路絕緣，并接地。第二組，接地線上的電流會(huì)使人體上的電荷與大地的電荷均等。另外，在這個(gè)模型中，由人體對(duì)地電容形成的放電電流主要導(dǎo)致低頻成分，并攜帶了大部分放電能量。當(dāng)然這個(gè)描述是近似的，實(shí)際情況要更復(fù)雜一些。但是，這些電流（特別是高頻電流）產(chǎn)生的場(chǎng)仍然會(huì)有嚴(yán)重的影響。由于四分之一波長(zhǎng)天線是效率最高的（即使1/16波長(zhǎng)的天線，其輻射也是十分可觀的）， ~ 150m長(zhǎng)的導(dǎo)線都可以是高效的天線。金屬板與連到大地的電纜共同構(gòu)成了一個(gè)環(huán)天線、縫隙天線和直線天線的組合（更復(fù)雜的系統(tǒng)會(huì)包含更多的天線）。場(chǎng)的具體方向取決于人體所帶電荷的極性。另外，當(dāng)拉伸螺旋電纜時(shí)，這個(gè)環(huán)天線會(huì)在不同的頻率上諧振。對(duì)于1GHz，1/6波長(zhǎng)為5厘米?！　∮山饘侔搴碗娎|發(fā)射的場(chǎng)回被系統(tǒng)內(nèi)的電子電路所接收。　　就象高阻抗天線更易輻射電場(chǎng)一樣，高阻抗天線也更易接收電場(chǎng)。盡管每個(gè)電路都不同，但有一些典型的阻抗組合。而在輸出電路中，電壓和電流的效應(yīng)都要考慮。如果電纜屏蔽層沒(méi)有良好端接，感應(yīng)電流會(huì)穿進(jìn)本來(lái)屏蔽良好的機(jī)箱。因?yàn)槿绻材Ｔ肼曉谡麄€(gè)系統(tǒng)中都保持共模形態(tài)，則對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際影響很小。在后續(xù)的各章中，將討論固件（軟件）、線路板、電纜和系統(tǒng)其它部分的靜電放電對(duì)策。3. 固件和軟件設(shè)計(jì)原則4. 看到這個(gè)題目后，許多讀者會(huì)吃驚，在對(duì)付靜電放電方面，除了眾所周知的硬件方法以外，固件和軟件也起著重要的作用。通常，程序會(huì)更大一些，這意味著需要更長(zhǎng)的編程時(shí)間和存儲(chǔ)單元。也就是，一定不能認(rèn)為端口、寄存器等的狀態(tài)是一定的?！　」碳ㄜ浖╈o電放電措施可以分為兩類(lèi)：　　　　* 刷新　　　　* 檢驗(yàn)和重新寫(xiě)入　　下面從概念上討論每種措施，并給出一些例子。例如，在從8409的端口讀取數(shù)據(jù)時(shí)，一定要先向端口寫(xiě)入數(shù)據(jù)。　　C) 刷新鎖存器和端口輸出狀態(tài)。有時(shí)，刷新的順序十分重要。　　檢驗(yàn)和復(fù)位：　　有時(shí)，單純刷新還是不夠的?！　∵M(jìn)行復(fù)位（或初始化）時(shí)一定要非常謹(jǐn)慎。如果有些關(guān)鍵的項(xiàng)目沒(méi)有最可能的狀態(tài)，則應(yīng)該將其狀態(tài)保留起來(lái)。特別要做以下檢驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，需要初始化?！　　?) 在禁用區(qū)域中安排“陷阱”碼，例如編碼表或無(wú)用的中斷矢量。當(dāng)處理器沒(méi)有按時(shí)將計(jì)時(shí)器復(fù)位時(shí)，外置電路會(huì)將處理器復(fù)位）。　　　2) 對(duì)于索引和其它一些十分重要的寄存器，在使用其所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)之前，要對(duì)其數(shù)值或范圍先進(jìn)行檢查?！　　?) 對(duì)所有輸入級(jí)電平至少取樣兩次以實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲的“軟件濾波”　　　4) 通過(guò)使接收機(jī)響應(yīng)輸出級(jí)來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)輸出端　　　5) 接收裝置應(yīng)能識(shí)別所有有效的輸入信號(hào)，如果接收裝置不能識(shí)別，那么發(fā)送裝置應(yīng)具有再傳輸能力。這通?？梢酝ㄟ^(guò)檢查執(zhí)行硬件復(fù)位程序的標(biāo)志寄存器的優(yōu)先級(jí)來(lái)完成?！　?fù)位FIFO指針?！　?fù)位中斷不確定的標(biāo)志　　刷新輸出。 　所有部分都諧調(diào)一致地工作。對(duì)于這種情況，可將邏輯分析儀接到地址總線，這樣有可能找到問(wèn)題的癥結(jié)所在。實(shí)際上，如前處述，將返回碼填滿所有空閑地址是極有可能的。一旦程序被調(diào)試好且運(yùn)行正常的話，它就可隨意改變寄存器的值以模擬靜電放電效果。這種方法并不總是有效的，但帶有特殊問(wèn)題的系統(tǒng)是不允許的。下面的討論將針對(duì)第三條所述的問(wèn)題給出設(shè)計(jì)指南。所以，方法7和8并不是完善的解決方案。電流的大小與磁通量成正比。 圖16 簡(jiǎn)單的PCB回路圖19和圖20說(shuō)明了這一點(diǎn)：在這個(gè)典型的PCB設(shè)計(jì)中，PCB的一面布垂直線，而另一面則布水平線（此圖中僅畫(huà)出地線）。這將有利于減小整個(gè)系統(tǒng)的環(huán)路面積。這就是說(shuō)，地平面不應(yīng)　　有大的開(kāi)口，因?yàn)檫@些開(kāi)口如同平行導(dǎo)線一般，其作用等同于環(huán)路天線。為了避免這個(gè)問(wèn)題，如前所述，可采用地平面或地線網(wǎng)格，而不采用單條地線。實(shí)際上，將空余PCB部分填以地線面是個(gè)好辦法 。因?yàn)樵陟o電放電較低的頻率段，旁路電容的阻抗較低，在這些頻率　　處，旁路電容能有效減小電源與地間的環(huán)路面積。 是高頻電容，其作用也很有限。即使在每個(gè)