遇到ESD静电问题？实战案例告诉你怎么做！硬件工程师思路详解-燚智能周教授
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前面我们讲了智能硬件设计中，ESD静电防护，在硬件、结构、PCB设计中的几个要点。
今天用一个实际案例来讲讲如何应用这些知识。
整机环境
产品ID中定义有三块大金属件，表面MIC板上一块圆形大金属铝板，灯带上一个大金属铝环，除铝环和MIC板上铝板其它部分用挖空铝板覆盖。侧面一块大铝板。
（这是燚智能团队开发的一款智能音箱，因为还未上市，无法提供外观图片。读者可以把它想象成为一个方形音箱，顶部有炫彩灯和麦克风阵列）
整机ESD分析
整机表面存在四块独立的大面积金属块，需要考虑接地处理。接口部分存在DC座和HDMI座，需要考虑静电处理。
最初ESD防护的设计方案
独立静电泄放路径
顶部铝板装饰通过导电布与垂直铝板装饰件连接，垂直铝板通过弹片直接连接至DC板上面的地。MIC铝板通过弹片连接至MIC板单独的ESD焊盘，然后单独拉线到DC板上面的地。
此方案假想ESD最终都是通过DC座子将静电泄放到电源适配器，从而通过市电网络将静电泄放在大地上。紫色线路为泄放路径。
实测ESD效果，不通过
按照如上方案设计静电方案后，现象为，+/-4KV接触放电，灯带上的半边灯，无论在外壳任何金属部位放电，ESD测试一次就挂掉了（灯熄灭，重新开机正常亮起）。
高概率存在+/-4KV接触放电整机被静电打死（表面金属件和DC座子，HDMI接口都存在）。
光板测试，主板上的地平面， +/-4KV接触放电，主板不会被打死，ESD性能比整机好很多，说明PCB电路板抗静电能力还不错。
ESD整改步骤分析
LED板ESD分析：GND不良
首先分析，ESD扩散路径，不管整机任何区域都会导致左半边灯熄灭，而LED板使用的是两颗同等规格的IC，需要对比设计差异。
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差异1：LED板采用同一组IIC，由于需要区分地址，IIC地址选择脚AD脚配置不一样。
将AD飞线串电阻，并电容，提高AD脚的抗干扰能力，ESD效果并不太理想；将两颗IC的AD脚高低电平交换，使IIC地址交换，ESD效果不会跟随IIC地址变化。
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差异2：LED板PCB走线可能存在差异，需要对比PCB走线。
检查PCB layout 发现左边电源上的去耦电容和滤波电容。发现右边去耦电容和滤波电容的第二层的地被走线所隔离。通过临时刮地，就近在地与电源之间放置一颗100nF电容，ESD效果明显改善。
↑图： 修改前的PCB图
最终根据实验现象修改Layout如下。提高了芯片GND的连通性，提升去耦电容的效果。
↑图：修改后的PCB图
整机ESD分析：屏蔽措施不足
首先，通过实验，观察到主板的地是可靠的，静电直接到主板的地平面+/-4KV接触放电不会产生ESD问题，接下来需要分析整机环境。
在试验中意外发现，主芯片在加封闭的屏蔽罩后，对整机静电有明显效果，但屏蔽罩并没有与外壳金属件有任何接触。
为什么屏蔽罩会对静电造成这么大的影响呢？
回过头我们再看看最初的ESD处理方案。
终于，我们可以看到这款设备的不同之处，在顶部的MIC板和顶部铝板装饰中完美的构成了一个平行板电容器，同样的主板和垂直铝板装饰件也构成了一个平行板电容器。
再分析加入屏蔽罩时改变了什么？
结合以上分析，我们通过实验证实我们的假想。由于主板的地对于ESD是强壮的，并且在ESD放电的那一瞬间，大地恐怕离我们的设备过于遥远，静电并不会挑这么一条路径在短暂在的ns级时间单位中释放它的能量（电荷），那么对于我们现在的设备，也只有多层地平面的主板地才能在这么短暂的时间存储ns级时间单位中释放的大部分能量。
实验1：在IC上隔更近的距离，放置一块悬空的铜箔， +/-4KV接触放电，设备一下打死。
实验2：将主板和垂直铝板装饰件之间直接通过导线连接，垂直铝板装饰件上ESD效果明显改善。
以上说明了：静电能量击中“最容易被击中”的设备，而不是我们“规划的”路径。
总结
静电现象比较抽象，需要多动手做实验，在静电实验室打上千，甚至上万次的静电。
还需要用心去观察每次放电时的现象，去假想静电在设备中的流窜路径，并去证实自己的假想。
每个设备的静电现象、泄放路径都会不同，不能生搬硬套，需要在理论的基础上不断以实际案例去丰富自身的经验，才能对静电有所了解。
