数码产品CE认证测试静电放电骚扰问题的整改思路
静电放电是一种常见的物理现象，物体间接触分离的机械能作用(如摩擦、
剥离、撕裂和搬运中的碰撞等) 或电场感应都会产生静电荷，带电体周围的场强
超过介质的击穿场强时，就会产生静电放电。
1 静电放电对设备影响的趋势
近些年来，根据摩尔定律，芯片的运行速度越来越快，集成度越来越高，由
最初的小型集成电路发展到现在的超高速超大规模集成电路，这样的发展趋势就
造成了电路中的绝缘层越来越薄，导线宽度与间距也越来越小，芯片的抗过压能
力下降，抗静电能力也随之下降。
从 PCB 的发展上来看，因为芯片朝着高速、低功耗方向发展，芯片的工作电
压也越来越低，由 12V、5V、3.3V 发展到现在的 1.2V、0.8V。工作电压的降低，
抗干扰能力也随之下降。同时，PCB 中传输的信号速度越来越快，PCB 层数增加，
布线密度增加。PCB 上的线间距越来越小，线宽越来越窄。这样也造成 PCB 板对
静电放电的抗扰能力下降。
2 静电放电的类型及产生危害的机理
静电放电的特点是高电压、强电场、以及瞬时的大电流。静电放电的上升沿
很快，IEC 规定，静电放电的典型电流波形的上升沿为 0.7~1ns，
所以静电放电会产生频带很宽的电磁辐射。
2.1 静电放电的类型
根据放电电极的不同性质、不同电压，静电放电的类型主要有：
1、电晕放电
2、火花放电
3、刷型放电
4、传播型刷型放电
5、粉堆放电
6、雷状放电
7、电磁场辐射放电[2]
根据实际使用环境，可能对电子产品造成危害的静电放电类型主要是电晕放
电、火花放电和刷型放电。
2.2 静电放电的效应
静电放电对产品的影响可以分为两大类：非破坏性影响和破坏性影响。
非破坏性影响主要是由于静电放电形成的骚扰电流或电磁波被 PCB 接收，对
电子系统造成传导骚扰和辐射骚扰，这些骚扰能够造成数据错误或者电路故障。
破坏性影响主要由静电放电的热效应、强电场效应造成。静电放电的热效应
是因为静电电流大、电压高，并且放电时间短，形成破坏性热击穿，导致电路损
坏；静电的强电场效应是因为，MOS 器件的栅氧化膜厚度为 10-7m 量级，100V 的
静电电压在栅极氧化膜上，就会在氧化膜上产生 106kV/m 的强场。而 MOS 管的氧
化膜击穿强度仅为 0.8~1×106kV/m，因此，静电电压容易导致 MOS 场效应器件的
栅极氧化膜被击穿，使器件失效。
3 静电放电整改的思路
对于静电放电的破坏性影响主要依赖对环境的处理来进行防护。本文主要是
为静电放电对产品造成的非破坏性影响提出整改思路。在下文中，通过列举静电
骚扰实例，对比典型产品的整改方案。
3.1 直接接触的防护
实例分析 1：手写板静电放电防护措施
试验现象：某型号手写板根据标准需要通过±8kV 的空气放电，其外壳是塑
料材质，屏幕为普通玻璃。在静电测试的时候，发现只有在玻璃和塑料外壳粘合
缝隙个别点发生放电现象。放电点为显示屏下塑料外壳上的金属螺丝。一旦产生
放电，手写板就发生重启现象。把手写板显示屏拆下后，发现金属螺丝的作用是
固定外壳下的 PCB 板，螺丝是凹陷下去的。
分析原因：从试验现象可以看出，整个外壳除了螺丝附近，其他地方没有发
生静电放电现象。螺丝由于是金属螺丝，并且连接到控制电路板上。一旦发生空
气放电，静电电流通过金属螺丝流入 PCB 中，从而引起设备的重启。如果使金属
螺丝到玻璃屏幕间有足够的介电强度，这样就不会形成空气放电，也就不存在静
电电流。从而能通过静电放电测试。
处理措施：增加介电强度的办法有两种，1、使用塑料螺丝；2、在凹陷处增
加高介电常数物质。从易实现角度考虑，我们选择了增加高介电常数的物质。
在螺丝凹陷处填充了高介电常数的材料后，再次测试±8kV 空气放电
时，不发生空气放电，设备能够正常工作。
思考与启示：直接接触的防护主要通过对产品机械结构的设计，减少直接接
触的可能性。对内部的敏感器件，在连接到外部的连线应尽可能避免直接接触放
电，如果无法避免直接接触放电，敏感器件的连线应该使用高压钳位电路或滤波
器来进行缓冲。
3.2 间接接触的防护
实例分析 2：控制柜的静电放电整改
试验现象：某控制柜因需要通过空气放电±15kV、接触放电±9kV 的测试。
在测试过程中发生重启现象。经过观察，控制柜接地线的线截面仅为 1mm2，长度
大约 5m 与建筑物的接地点连接。
分析原因：控制柜的接地线过长、过细，都会造成等效电感过大，由于静电
放电的频率分量可以达到 GHz，对于静电电流，接地线的等效电感增大，其接地
阻抗也随之增大。静电电流只往阻抗最低的地方流，所以，在接地线阻抗过大的
情况下，静电电流流入设备内部，造成设备的死机现象。因此可以使用多芯粗的
导线充当接地线，并且使接地线尽量短，以减小接地线的等效电感，使接地阻抗
减小。
处理措施：在控制柜下使用一个大面积的金属板充当接地平面，
使用 30cm 长的多芯粗导线作为接地线与其相连。接地平面使用金属导线与建筑
物接地点相连，重新测试后，可以通过测试，并且有足够的裕量。
思考与启示：对于间接接触的防护，对于直接或间接连到静电敏感电路的走
线，需要给其提供足够的屏蔽和接地。以把静电能量从屏蔽或接地上导走，而不
流过敏感电路。
3.3 传导噪声的抑制
实例分析 3：手持式设备静电放电整改
试验现象：某款外壳为塑料的手持式设备在静电放电测试中，对其后面板接
口中电源、音频接口的地进行接触放电时，设备发生死机现象。打开机壳后观察
到其后面板是一个接口板，只有接口和 PCB 走线，无静电敏感芯片。
故障分析：经分析，造成死机、重启的原因是由于静电电流流入设备的主控
板造成的。由于接口板无法泄放静电电荷到地，因此静电电流直接由接口板流入
主控板。为了解决静电电流泄放问题，可以在外壳内壁喷涂导电漆。
解决方法：在机壳内部喷涂导电漆，并使接口电路板的地线与外壳的导电漆
相连接。整改后设备的静电放电测试能够通过，但是裕量不高。在随后抽检中同
型号同一批次的一些产品发现有个别产品仍然无法通过静电放电测试。对这种故
障进行分析后发现，由于喷涂的问题，不同机壳内导电漆的阻抗不同，有些阻抗
较高的静电放电测试无法通过。
对这种现象，建议在接口板和主控板的排线上使用铁氧体磁环，对流入的静
电骚扰电流进行抑制，同时增加排线上的高频阻抗。这样，在经过
大批次抽检后没有发现无法通过静电放电测试的设备。并且设备的静电放电抗扰
度都有很大的裕量。
实例分析 4：控制柜的静电放电整改
试验现象：某控制柜为全金属外壳，只有显示屏和控制键盘为非金属。在显
示屏附近进行接触放电时，控制柜发生死机现象。
故障分析：打开控制柜，经观察，发现显示屏下就是主控电路板。并且主控
电路板由两个导电螺丝作为地线与机壳连接。
对故障进行分析后可以看出，在一个 PCB 上存在 2 个接地点，当发生静电放
电时，静电电流会存在两条静电泄放路径，第一条路径是静电电流直接从壳体流
入地线；第二条路径是静电电流通过一个接地螺丝流经 PCB 上的地线，由另一个
接地螺丝流入金属外壳，再流入接地线。当静电电流流过 PCB 上地线时，会改变
PCB 地线上的电位，还有可能流入 PCB 内部电路，从而引起的设备死机。
解决方法：在其中一个接地螺栓上使用绝缘衬垫，防止其与机壳连接，以阻
断第二条静电电流路径。这样在随后的静电放电测试中顺利通过。
思考与启示：对于静电放电产生的传导骚扰，设计时应该仔细考虑接地的影
响，良好的电路布局，屏蔽体的性能等，这样可以提供一个尽可能低的接地阻抗。
以防止静电电流不流过敏感电路。如果在无法完全避免流入敏感电路的情况下，
设备应该在静电电流流入的端口增加滤波而使静电电流不流入电路板。
3.4 辐射噪声的防护
实例分析 5：电路板复位信号线整改
试验现象：某产品在静电放电测试时设备重启。对其静电防护进行检查后发
现其没有进行屏蔽，从整体设计考虑，对产品屏蔽无法实现。所以只能对 PCB 进
行处理。
故障分析：对其 PCB 进行检查，发现其 PCB 上复位信号的布线较长，
且没有去耦电容。当把复位信号线电压强制控制在高电平时，设备不
再发生复位，可以判断设备的复位是由复位信号线受干扰引起。因此，建议对靠
近其复位控制芯片的管脚处使用去耦电容来增加抗扰能力。
解决方法：在增加 10μF 的去耦电容后，产品能够通过静电放电测试。
思考与启示：对于静电放电的辐射，印刷电路板上的引线是接收静电放电辐
射场的天线。连接高阻抗的引线可以接收电场辐射，低阻抗环路可以作为接收磁
场的天线。为了使这些天线耦合减至最小，线的长度必须尽可能的短，环路面积
尽可能小，这样就需要进行良好的印刷电路板设计。系统内的电缆也是接收静电
放电辐射的天线，因此电缆应尽可能短。每根信号线上都应有地线护送。
4静电放电骚扰问题的整改思路总结
静电放电对电子产品造成危害的根源主要是由于静电放电的时间非常短，频
带宽。因此对其危害不能只考虑敏感回路的电阻，而需要把电路中的等效电感和
等效电容都考虑进去。
避免静电放电电流对设备产生危害，首先可以考虑通过足够的距离或者足够
的绝缘强度防止静电放电产生，这样就不存在静电放电电流，因此就谈不上危害；
如果无法避免静电放电的产生，则可以考虑通过屏蔽和接地给静电电流提供一个
阻抗足够小的泄放途径，对静电电流进行泄放。在泄放途径的设计中，必须考虑
静电泄放途径的等效电感和等效电容；当泄放途径的阻抗无法做到足够低的情况
下，需要考虑在电路板中采取对静电电流进行钳位、滤波、单点接地等措施，防
止静电电流进入 PCB 内部。
除了防止静电电流对设备的影响外，还需要考虑静电放电产生的电磁辐射对
PCB 的影响。这需要对 PCB 进行良好的设计，在 PCB 的布线中，尽量防止大的电
流环路，以防止感应磁场。对于端接高阻抗的布线，需要使布线尽可能短，以防
止感应电场。对于连接有长导线的印刷电路板，则需要在端口处进行滤波或者使
用去耦电容，来防止导线上接收的静电骚扰传入印刷电路板。
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