塑料外殼連接器與金屬外殼連接器對ESD的影響

一、現象描述

對某一采用金屬外殼的多媒體產品進行ESD測試過程中，對音頻接口進行2 kV的靜電測試時，很容易使監視器上出現馬賽克和圖像凝固現象，測試失敗。

二、原因分析

經過觀察發現，音頻接口的外殼是塑膠殼，而音頻信號線的接頭又靠外，所以靜電干擾信號可以通過音頻信號線直接耦合到PCB上，進而使設備運行異常。靜電是一種高壓能量的泄放，靜電放電測試時，靜電干擾信號有就近相對低電位導體泄放的特點，使用塑膠外殼的音頻頭時，音頻信號線是離靜電放電槍頭最近的導體，靜電干擾信號只有就近泄放到音頻信號線上，如此高電壓的靜電信號通過信號線傳輸到設備內部，必然造成設備的運行異常或損壞，如圖1所示。

圖1 靜電失效原理

如果靜電放電點不發生在信號線上，那估計情況會好很多。為了使設備能在靜電放電測試中順利通過，最好的辦法就是讓靜電放電能量從良好的接地路徑放走，而使設備內部的任何電路、器件和信號不受靜電能量的直接干擾。

對于本設備來講，要達到此目的，就要改變在音頻接口處放電時靜電放電能量的泄放路徑。采用金屬外殼的音頻接口連接器并將連接器外殼接地，可以很好地改變靜電放電路徑，如圖2所示。

圖2 采用金屬外殼連接器作為良好的抗靜電放電干擾的設計，有必要做一些補充說明。

在圖3所示的電路中，當靜電放電點在設備的金屬外殼上時，由于金屬外殼本身存在不良搭接及孔縫，當靜電放電電流流經不良搭接及孔縫時，必然產生壓降ΔU，此壓降對接地的電路產生直接的影響，即使是不接地的內部電路（即沒有圖3中的粗線），也會因為容性耦合對電路產生影響。同時，如果孔縫尺寸與靜電放電信號頻率的波長可以比擬，也會成為縫隙天線而發射靜電放電電流的電磁能量。

圖3 靜電電流引起的輻射

因此，作為靜電放電的泄放路徑來說，必須保持低阻抗。否則，可能有電弧通過電子線路形成的更低阻抗的通路。高頻時由于趨膚效應，阻抗會有所增加，可以增加表面積來緩解這一問題。什么是EMC中的低阻抗呢？實踐證明，具有長寬比小于3的完整（沒有縫隙、沒有開孔）金屬平面可以很好地滿足靜電放電泄放。

三、處理措施利用靜電放電干擾信號

就近泄放的特點，改變靜電泄放路徑，將原塑膠外殼的音頻接口連接器，改成帶金屬外殼的音頻連接器，并使金屬外殼和機殼保持良好的電連續性，使靜電放電干擾從音頻連接器外殼——機殼流向大地，從而保護了音頻接口中的信號。經過測試，采用金屬外殼音頻連接器的該多媒體設備抗靜電放電干擾能力達空氣放電± 8 kV、接觸放電± 6 kV，本案例所述問題得到解決。

四、思考與啟示

（1）對于設備的信號連接器接口，連接器件的選擇及結構的設計要避免靜電放電干擾信號直接耦合到信號線中。

（2）在連接器的選用中，如果塑膠外殼不能達到所要求的空氣放電絕緣距離的要求，就必須采用帶有金屬外殼的連接器，并在結構設計時，使該連接器外殼有良好的接地特性。