中心議題：

• 介紹手機的工作原理及存在的靜電問題
• 闡述手機的結構設計、PCB設計、電路設計中應注意的問題
• 提出手機設計中靜電防護和改進的措施

解決方案：

• 靜電源與其它物體接觸時存在著電荷流動
  ，傳送足夠的電量以抵消電壓
• 盡量增加殼體的厚度
  ，避免ESD的能量強度
• 用EMI油漆噴塗在殼體的內側，防止靜電，抑製EMI的幹擾
• PCB設計中應該注意的8個要點

靜電是人們非常熟悉的一種自然現象。靜電的許多功能已經應用到軍工或民用產品中，如靜電除塵、靜電噴塗
、靜電分離、靜電複印等。然而
，靜電放電ESD(Electro-Static Discharge)卻que又you成cheng為wei電dian子zi產chan品pin和he設she備bei的de一yi種zhong危wei害hai
，造zao成cheng電dian子zi產chan品pin和he設she備bei的de功gong能neng紊wen亂luan甚shen至zhi部bu件jian損sun壞huai。現xian代dai半ban導dao體ti器qi件jian的de規gui模mo越yue來lai越yue大da

，工gong作zuo電dian壓ya越yue來lai越yue低di，導dao致zhi了le半ban導dao體ti器qi件jian對dui外wai界jie電dian磁ci騷sao擾rao敏min感gan程cheng度du也ye大da大da提ti高gao[1]。ESD對於電路引起的幹擾、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們的重視。電子設備的ESD也開始作為電磁兼容性測試的一項重要內容寫入國家標準和國際標準。本文就ESD的形成機理
、對電子產品的危害，重點就手機設計中的ESD問題及防護和設計改善做了重點研究。

靜電成因及其危害
jingdianshiliangzhongjiedianxishubutongdewuzhimocashi

，zhengfujixingdedianhefenbiejileizailianggewutishangerxingcheng。danglianggewutijiechushi，qizhongyigequyuconglingyigexiyindianzi，yinererzhehuixingchengbutongdechongdiandianwei。jiurentieryan，yifuyupifuzhijiandemocafashengdejingdianshirentidaidiandezhuyaoyuanyinzhiyi。

靜(jing)電(dian)源(yuan)與(yu)其(qi)它(ta)物(wu)體(ti)接(jie)觸(chu)時(shi)，依(yi)據(ju)電(dian)荷(he)中(zhong)和(he)的(de)原(yuan)則(ze)，存(cun)在(zai)著(zhe)電(dian)荷(he)流(liu)動(dong)，傳(chuan)送(song)足(zu)夠(gou)的(de)電(dian)量(liang)以(yi)抵(di)消(xiao)電(dian)壓(ya)。在(zai)高(gao)速(su)電(dian)量(liang)的(de)傳(chuan)送(song)過(guo)程(cheng)中(zhong)，將(jiang)產(chan)生(sheng)潛(qian)在(zai)的(de)破(po)壞(huai)電(dian)壓(ya)
、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物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉移(GB/T4365-1995)
，一般用ESD表示。ESD會導致電子設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兩種主要的破壞機製是：由ESD電流產生熱量導致設備的熱失效；由ESD感應出過高電壓導致絕緣擊穿。兩種破壞可能在一個設備中同時發生，例如，絕緣擊穿可能激發大的電流
，這又進一步導致熱失效。

除chu容rong易yi造zao成cheng電dian路lu損sun害hai外wai，靜jing電dian放fang電dian也ye極ji易yi對dui電dian子zi電dian路lu造zao成cheng幹gan擾rao。靜jing電dian放fang電dian對dui電dian子zi電dian路lu的de幹gan擾rao有you二er種zhong方fang式shi。一yi種zhong是shi傳chuan導dao幹gan擾rao，另ling一yi種zhong是shi輻fu射she幹gan擾rao。

手機電路簡介及其ESD問題
數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)電路包括收發器
、頻率合成器和功放等，基帶(Baseband)電路包括數字信息處理和控製器、存儲器、電源管理和其他外設部分。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。手機中有幾個部位用於人機交互
，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、數據接口、USB接口、彩屏LCD驅動接口[2]。

ESD可能會造成手機工作異常
、死機，甚至損壞並引發其他的安全問題。所以在手機上市之前
，我國都強行要求進行入網測試
，而入網測試中明確要求進行ESD和其它浪湧衝擊的測試。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的設計提出了較高的要求。

手機中ESD問題解決與防護
a.殼體的設計
如果將釋放的靜電看成是洪水的話，那麼主要的解決方法與治水類似，就是“堵”和“疏”。如(ru)果(guo)有(you)一(yi)個(ge)理(li)想(xiang)的(de)殼(ke)體(ti)是(shi)密(mi)不(bu)透(tou)風(feng)的(de)，靜(jing)電(dian)也(ye)就(jiu)無(wu)從(cong)而(er)入(ru)
，當(dang)然(ran)不(bu)會(hui)有(you)靜(jing)電(dian)問(wen)題(ti)了(le)。但(dan)實(shi)際(ji)的(de)殼(ke)體(ti)在(zai)合(he)蓋(gai)處(chu)常(chang)有(you)縫(feng)隙(xi)，而(er)且(qie)許(xu)多(duo)還(hai)有(you)金(jin)屬(shu)的(de)裝(zhuang)飾(shi)片(pian)
，所(suo)以(yi)一(yi)定(ding)要(yao)加(jia)以(yi)注(zhu)意(yi)。

其一，用“堵”的方法。盡量增加殼體的厚度
，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。
 

通過結構的改進，可以增大外殼到內部電路之間氣隙的距離，從而使ESD的能量大大減弱。根據經驗，8kV的ESD在經過4mm的距離後能量一般衰減為零。

其二，用“疏”的方法。可以用EMI油漆噴塗在殼體的內側。EMI油漆是導電的，可以看成是一個金屬的屏蔽層，這樣可以將靜電導在殼體上；再將殼體與PCB(Printed Circuit Board)的地連接
，將靜電從地導走。這樣處理的方法除了可以防止靜電，還能有效抑製EMI的幹擾。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進入殼體內部，最大限度地減弱其進入殼體的能量。對於進入殼體內部的ESD盡量將其從GND導走，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果，需要特別注意。
 

b.手機PCB設計
手機PCB(Printed Circuit Board)都是高密度板
，通常為6層板。隨著密度的增加
，趨勢是使用8層ceng板ban
，其qi設she計ji一yi直zhi都dou需xu要yao考kao慮lv性xing能neng與yu麵mian積ji的de平ping衡heng。一yi方fang麵mian
，越yue大da的de空kong間jian可ke以yi有you更geng多duo的de空kong間jian擺bai放fang元yuan器qi件jian

，同tong時shi
，走zou線xian的de線xian寬kuan和he線xian距ju越yue寬kuan
，對dui於yuEMI、音頻、ESD等各方麵性能都有好處。另一方麵，手機體積設計的小巧又是趨勢與需要。所以
，設計時需要找到平衡點。就ESD問題而言，設計上需要注意的地方很多
，尤其是關於GND布線的設計以及線距
，很有講究[3～4]。有些手機中ESD存在很大的問題，一直找不到原因，通過反複研究與實驗，發現是PCB設計中出現的問題。為此，這裏總結了PCB設計中應該注意的要點：
(1)PCB板邊(包括通孔Via邊界)與其它布線之間的距離應大於0.3mm
；
(2)PCB的板邊最好全部用GND走線包圍；
(3)GND與其它布線之間的距離保持在0.2mm~0.3mm；
(4)Vbat與其它布線之間的距離保持在0.2mm~0.3mm
；
(5)重要的線如Reset

、Clock等與其它布線之間的距離應大於0.3mm；
(6)大功率的線如PA等與其它布線之間的距離保持在0.2mm~0.3mm；
(7)不同層的GND之間應有盡可能多的通孔(Via)相連

；
(8)在最後的鋪地時應盡量避免尖角，有尖角應盡量使其平滑。

c.手機電路設計
在殼體和PCB的設計中，對ESD問題加以注意之後，ESD還會不可避免地進入到手機電路中，尤其是以下幾個部位：SIM卡的CPU讀卡電路
、鍵盤電路
、耳機、麥克風電路、數據接口

、電源接口

、USB接口、彩屏LCD驅動接口，這些部位很可能將人體的靜電引入手機中。所以，需要在這些部分中使用ESD防護器件。ESD防護器件主要有以下幾種：
(1)氣體放電管(GDT)。它是具有一定氣密的玻璃或陶瓷外殼
，中間充滿穩定的氣體，如氖或氬，並保持一定壓力。GDT通流量大、極間電容小
，可自行恢複
，其缺點是響應速度太慢
，放電電壓不夠精確
，壽命短，電性能會隨時間老化。

(2)壓敏電阻(MOV)。它是陶瓷元件，將氧化鋅和添加劑在一定條件下“燒結”，電(dian)阻(zu)受(shou)電(dian)壓(ya)的(de)強(qiang)烈(lie)影(ying)響(xiang)，其(qi)電(dian)流(liu)隨(sui)著(zhe)電(dian)壓(ya)的(de)升(sheng)高(gao)而(er)急(ji)劇(ju)上(shang)升(sheng)。壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)內(nei)部(bu)發(fa)熱(re)量(liang)很(hen)大(da)
，其(qi)缺(que)點(dian)是(shi)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)慢(man)
，性(xing)能(neng)會(hui)因(yin)多(duo)次(ci)使(shi)用(yong)而(er)變(bian)差(cha)，極(ji)間(jian)電(dian)容(rong)大(da)。

(3)閘流二極管(TSS)。它是半導體元件，閘流二極管開始時不會導通

，處於“阻斷”狀態。當“過電壓”上升到閘流管的“放電電壓”時
，導通並產生放電電流

；當電流下降到最小值時，閘流管會重新“阻斷”
，並恢複到原來的“斷路狀態”。

(4)瞬態電壓抑製器(TVS)。它是半導體器件
，由於其最大特點是快速反應(1ns～5ns)
、非常低的極間電容(1pf～3pf)，很小的漏電流(1μA)和很大的耐流量,尤其是其組合芯片的方式,非常適合各種接口的防護[5]。

因為TVS具有體積小、反應速度快等優點，現在的設計中使用TVS作為防護器件的比例越來越多。目前TVSjijiandengxiaodianrongyuezuoyuexiao，suoyishihexinpiandebaohu。zaishiyongshiyingzhuyifangzaixuyaobaohudeqijianpangbian，daodidelianxianjinkenengduan，qijiandebuxianyingchengchuanlianxing
，erbunengbuchengbinglianxing。rutu4所示。
 

ESD的問題是眾多重要問題之一。在不同的電子設備中有不同的方式來避免對電路的危害。由於手機體積小、密度大
，在ESD的防護上有其獨到的特點。手機的靜電測試實驗證明

，采用本文的設計方法處理，將一個原本±2kV放電就會死機的手機加以保護和改進，在±8kV的靜電放電情況下依然保持通話正常且工作穩定

，起到了很好的靜電防護效果。隨著電子設備使用的日益廣泛
，ESD設計是每一個結構設計工程師和電子設計工程師需要重點關心的問題
，通過不斷總結與學習
，ESD問題將不再是一個難題。