在EMC实践工作中，静电的干扰方式

1.  现象描述

       产品在进行 25KV 空气静电放电抗干扰试验时，对仪表显示屏正下方外壳的缝隙位置放电时，仪表盘液晶屏字符显示错误，出现断码、花屏等现象，具体见下图 1 所示：

图 1 空气放电实验

2.  原因分析

      首先我们来分析信号形成的原理，当一个电平被输入，要区别它是有用信号或无用信号，必须对其电平值进行判定识别。简而言之，就是要判定信号的电平大小、极性、频率等参数，必须要有一个总体的参考电平为基准。在电路设计中，我们把电流回路作为单个系统的总的参考电平基准，即 0V 电平。如示意图 2 所示，信号等于输入电平减去参考电平，得出的信号电平可能是正极性，也可能是负极性。只要单个单元回路的参考电平一致且稳定，那么整个电路单元就能按原设计指标正常地运作。

图 2

      在 EMC 实践工作中，静电的干扰方式、耦合途径、耦合的脉冲电压、极性等多种多样，从泄放途径上基本上大致分为直接干扰和间接干扰两大类，对电路的影响主要表现在信号干扰和回路干扰两种基本形式，见下图 3。

图 3

      该汽车仪表总成的测试现象为空气 25KV 等级对显示屏周边的缝隙进行放电，出现显示错误或工作异常，对应图 5 我们就能找出空气放电干扰的基本形式——即静电场干扰。此时还需要分析清楚这个静电场是如何导致系统工作异常的，是如何耦合到内部电路系统的，是信号通路还是回路被干扰等等问题。只有把病因了解透彻，才能从根本上治疗病症。对应前面所述的测试现象，其静电的几种干扰形式可以借助示意图 4、5 来分析。

图 4                                                      图 5

    图4示意图所示为多层板之间的形成的静电场干扰示意图，在多层PCB板中，往往很多信号走线被敷设在了电源层或地层的相邻层或中间层，根据我们的大量实验分析证明，在静电放电抗扰度试验中，一旦地层的泄放路径阻抗较大时，那么与之相邻层的信号层或电源，就极易被地层上形成的静电场所耦合。同理，电源层形成的静电场原理类似，图 4 中，主要是考虑多层 PCB 所导致的失败因素。

      图 5 所示多见于单面或双面板的结构分布，由于 PCB 的走线或周围的铺地结构引起，被直接或间接注入静电脉冲电压，它所形成静电电流流动的环路而产生的静电场分布，在该静电电流环路中的系统或单元模块会因此而耦合到场能量，如果有多个单元或模块，那么每个单元或模块所耦合到的静电场能量会根据 PCB结构的布置而有所不同。图 4、图 5 在理论上，又可以用图 6 的等效图来帮助分析。

图 6

      电场 E0 等于 V0 比上两个平行通路的距离 h 。在实际的生产和过作中，我们会发现，由于走线的结构、导体横截面积、器件分布、通路阻抗等因素的影响，会导致多个不同强度的场分布，如图 5 所示，形成静电场 A 与静电场 B 两个强度不同的场分布，处于该场分布中的 IC1 和 IC2 两个单元模块会受到两个不同强度的静电场干扰，假设场分布中 IC1 和 IC2 的中间走线看似为偶极子天线，有效长度为 hd ，那么根据理论公式计算，能够在其走线上感应到两个不同的电压值，设静电场 A 为 E1，静电场 B 为 E2，由于 E1≠E2，设定两个单元的有效天线长度相同（实际中对应两个单元模块而言永远不可能一致），最终得出 V1 ≠ V2。计算方法如下：

      当所感应到的 V1、V2 能量足够高、△V1V2 足够大时，就能够扰乱 IC1 和IC2 之间的正常通讯信号，根据前面图 2 的分析基础，此时的信号等于信号走线上感应到的脉冲电压减去回路电平，如图