摘要：介紹了手機的工作原理及存在的靜電問題；從實現(xiàn)出發(fā)，重點闡述了手機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、PCB設(shè)計、電路設(shè)計中的應(yīng)注意的問題，提出了手機設(shè)計中靜電防護和改進的措施。
關(guān)鍵詞：靜電 手機 ESD TVS
靜電是人們非常熟悉的一種自然現(xiàn)象。靜電的許多功能已經(jīng)應(yīng)用到軍工或民用產(chǎn)品中，如靜電除塵、靜電噴涂、靜電分離、靜電復(fù)印等。然而，靜電放電ESD（Electro-Static Discharge）卻又成為電子產(chǎn)品和設(shè)備的一種危害，造成電子產(chǎn)品和設(shè)備的功能紊亂甚至部件損壞�，F(xiàn)代半導(dǎo)體器件的規(guī)模越來越大，工作電壓越來越低，導(dǎo)致了半導(dǎo)體器件對外界電磁騷擾敏感程度也大大提高。ESD對于電路引起的干擾、對元器件、CMOS電路及接口電路造成的破壞等問題越來越引起人位的重視。電子設(shè)備的ESD也開始作為電磁兼容性測試的一項重要內(nèi)容寫入國家標準和國際標準。本文就ESD的形成機理、對電子產(chǎn)品的危害，重點就手機設(shè)計中的ESD問題及防護和設(shè)備改善做了重點研究。

圖1

1 靜電成因及其危害
靜電是兩種介電系數(shù)不同的物質(zhì)磨擦?xí)r，正負極性的電荷分別積累在兩個特體上而形成。當兩個物體接觸時，其中一個趨于從另一個吸引電子，因而二者會形成不同的充電電位。就人體而言，衣服與皮膚之間的磨擦發(fā)生的靜電是人體帶電的主要原因之一。
靜電源與其它物體接觸時，依據(jù)電荷中和的原則，存在著電荷流動，傳送足夠的電量以抵消電壓。在高速電量的傳送過程中，將產(chǎn)生潛在的破壞電壓、電流以及電磁場，嚴重時將其中物體擊毀。這就是靜電放電。國家標準中定義：靜電放電是具有不同靜電電位的特體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移（GB/T4365-1995），一般用ESD表示。ESD會導(dǎo)致電子設(shè)備嚴重損壞或操作失常。
靜電對器件造成的損壞有顯性和隱性兩種。隱性損壞在當時看不出來，但器件變得更脆弱，在過壓、高溫等條件下極易損壞。
ESD兩種主要的破壞機制是：由ESD電流產(chǎn)生熱量導(dǎo)致設(shè)備的熱失效；由ESD感應(yīng)出過高電壓導(dǎo)致絕緣擊穿。兩種破壞可能在一個設(shè)備中同時發(fā)生，例如，絕緣擊穿可能激發(fā)大的電流，這又進一步導(dǎo)致熱失效。
除容易造成電路損害外，靜電放電也極易對電子電路造成干擾。靜電放電對電子電路的干擾有二種方式。一種是傳導(dǎo)干擾，另一種是輻射干擾。
2 手機電路簡介及其ESD問題
數(shù)字移動電話的電路由射頻與基帶兩大部分組成。其中射頻（RF）電路包括收發(fā)器、頻率合成器和功放等，基帶（Baseband）電路包括數(shù)字信息處理和控制器、存儲器、電源管理和其他外設(shè)部分。以ADI手機為例，其原理框圖如圖1所示。

手機的功能越來越強大，而電路板卻越來越小，集成度越來越高。手機有幾個部分用于人機交互，這樣就存在著人體靜電放電的ESD問題。手機電路中需要進行ESD防護的部位有：SIM卡插座與CPU讀卡電路、鍵盤電路、耳機、麥克風電路、電源接口、數(shù)據(jù)接口、USB接口、彩屏LCD驅(qū)動接口。
ESD可能會造成手機工作異常、死機，甚至損壞并引發(fā)其他的安全問題。所以在手機上市之前，我國都強行要求進行入網(wǎng)測試，而入網(wǎng)測試中明確要求進行ESD和其它浪涌沖擊的測試。其中接觸放電需要做到±8kV靜電正常，空氣放電需要做到±15kV靜電正常，這就對ESD的設(shè)計提出了較高的要求。
3 手機中ESD問題解決與防護
3．1 殼體的設(shè)計
如果將釋放的靜電看成是洪水的話，那么主要的解決方法與治水類似，就是“堵”和“疏”。如果有一個理想的殼體是密不透風的，靜電也就無從而入，當然不會有靜電問題了。但實際的殼體在合蓋處常有縫隙，而且許多還有金屬的裝飾片，所以一定要加以注意。
其一，用“堵”的方法。盡量增加殼體的厚離，即增加外殼到電路板之間的距離，或者通過一些等效方法增加殼體氣隙的距離，這樣可以避免或者大大減少ESD的能量強度，如圖2所示。
通過結(jié)構(gòu)的改進，可以增大外殼到內(nèi)部電路之間氣隙的距離，從而使ESD的能量大大減弱。根據(jù)經(jīng)驗，8kV的ESD在經(jīng)過4mm的距離后能量一般衰減為零。
其二，用“疏”的方法，可以用EMI油漆噴涂在殼體的內(nèi)側(cè)。EMI油漆是導(dǎo)電的，可以看成是一個金屬的屏蔽層，這樣可以將靜電導(dǎo)在殼體上；再將殼體與PCB（Printed Circuit Board）的地連接，將靜電從地導(dǎo)走。這樣處理的方法除了可以防止靜電，還能有效抑制EMI的干擾。如果有足夠的空間，還可以用一個金屬屏蔽罩將其中的電路保護起來，金屬屏蔽罩再連接PCB的GND。圖3是用金屬屏蔽罩將LCD模塊保護起來的例子。
總之，ESD設(shè)計殼體上需要注意很多地方，首先是盡量不讓ESD進入殼體內(nèi)部，最大限度地減弱其進入殼體的能量。對于進入殼體內(nèi)部的ESD盡量將其從GND導(dǎo)走，不要讓其危害電路的其它部分。殼體上的金屬裝飾物使用時一定要小心，因為很可能帶來意想不到的結(jié)果，需要特別注意。
3．2 手機PCB設(shè)計