静电放电

静电放电

外文名	Electrostatic Discharge
缩写	ESD
典型电压	2kV - 15kV
测试标准	IEC 61000-4-2 / GB/T 17626.2
防护核心	泄放、箝位、隔离

静电放电（Electrostatic Discharge，简称 ESD）是指具有不同静电电位的两个物体相互靠近或直接接触时引起的电荷转移。在电子工程领域，ESD 是一种典型的瞬态高压、宽频带电磁骚扰。

ESD 的物理特性

ESD 具有以下显著特点：

1. 高电压、短时间： 电压可达数千伏，但放电电流的上升时间通常小于 $1\text{ns}$。
2. 宽频带： 由于上升沿极快（时间变化量 $dt$ 极小），根据傅里叶变换，ESD 的能量在频域上覆盖了从低频到数 $\text{GHz}$ 的范围。
3. 耦合方式： 包括传导耦合（直接进入电路）与辐射耦合（瞬变电磁场感应）。

国际标准与测试模型

最常用的测试标准是 IEC 61000-4-2。它规定了两种主要放电方式：

• 接触放电 (Contact Discharge)： 放电枪头直接接触被测设备。由于波形重复性好，是首选测试方法。
• 空气放电 (Air Discharge)： 放电枪头靠近被测设备直到发生击穿。用于测试非金属表面或绝缘缝隙。

人体模型 (HBM)

为了模拟人体放电，标准定义的等效电路通常包含一个 $150\text{pF}$ 的储能电容和一个 $330\Omega$ 的放电电阻。

工程师视角下的防护策略

针对 ESD 的防护，通常遵循“分级分层”和“就近泄放”的原则：

1. 结构级防护

• 金属外壳： 确保良好的屏蔽与接地。
• 绝缘设计： 增加爬电距离，防止电弧通过缝隙进入内部。

2. 电路级防护 (PCB 级)

• TVS 二极管： 在输入端口放置瞬态电压抑制器，利用其极快的响应速度将电压箝位在安全水平。
• 环路面积最小化： 减小受骚扰环路的面积，降低感应电动势。
• 低阻抗路径： 建立清晰的静电泄放路径，避免静电电流流经敏感芯片（如 MCU、运放）下方。

参见

• 电磁兼容
• 时域
• 运算放大器
• 信号完整性
• 电压