防止静电放电(ESD)问题的电缆设计

文章摘要： 如果腐蚀和趋肤效应均得到有效处理，那么，另一个重要的问题是电缆的传输线效应。理想情况下，我们需要对电缆进行精确的阻抗匹配，使得ESD能量全部流入地。然而通常情况下精确的阻抗匹配并不容易实现，因此连接电缆一般都是阻抗不匹配的。尽管如此，如果接地回路的阻抗比较低，仍然可以使得大部分的ESD电流流入地，在一定程度上可以防止直接对电子电路的电弧放电。因为当线长是1/4波长的奇数倍时，即使一个完全开路的终端也会如同短路。同样，如果线长是半个波长的整数倍，一个短的电路终端也可看作短路。 所以即使接地回路的终端阻抗不是完全匹配，在一些频率成分下，仍然表现出比较低的阻抗。 然而，对另外

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    如果腐蚀和趋肤效应均得到有效处理，那么，另一个重要的问题是电缆的传输线效应。理想情况下，我们需要对电缆进行精确的阻抗匹配，使得ESD能量全部流入地。然而通常情况下精确的阻抗匹配并不容易实现，因此连接电缆一般都是阻抗不匹配的。尽管如此，如果接地回路的阻抗比较低，仍然可以使得大部分的ESD电流流入地，在一定程度上可以防止直接对电子电路的电弧放电。因为当线长是1/4波长的奇数倍时，即使一个完全开路的终端也会如同短路。同样，如果线长是半个波长的整数倍，一个短的电路终端也可看作短路。

    所以即使接地回路的终端阻抗不是完全匹配，在一些频率成分下，仍然表现出比较低的阻抗。

    然而，对另外一些频率成分来说，接地回路会呈现相应的高阻抗。设备的外壳和内部电路之间就很有可能发生电弧放电。从而干扰甚至损害内部电路。

    3.抑制辐射噪声

    首先面临的辐射问题是外壳——低回路自己产生的辐射。如前所述，外壳——低回路阻抗不匹配，而这种阻抗不匹配将会产生驻波，在系统电缆的周围产生电场和磁场分布。所以必须采取一些措施来减少产生的电磁场对系统内部其他信号线的影响。

    （1）使用屏蔽电缆，并且将屏蔽层连接到外壳地上。根据趋肤效应，静电电流（高频）将趋于在屏蔽层的表面流动（这也是电缆在高频呈现高阻抗的原因）。屏蔽层的半径比普通电缆半径要大，故屏蔽层的表面积也相对较大，因而将会减少趋肤效应阻抗。如果假设屏蔽层比较厚，那么ESD电流将只在屏蔽层的外层流动，因而屏蔽层的内层仍然可以起到屏蔽作用。为了使屏蔽层起到更好的效果，屏蔽层的接地方式通常要采取两端接地。并且屏蔽层在外壳上的连接点和电缆在设备上的进/出口之间的距离应尽可能在4cm之内。电缆的裸露抽头部分长度也应小于4cm。
    （2）ESD电流回路尽量不要和其他信号线一起使用铁氧体（ESD电流路径不流过任何铁氧体更好）。然而，如果线缆没有很好的屏蔽，或者屏蔽效果不显著，那么，在线缆束内部的各条线上将感应出相等的ESD噪声（即共模ESD噪声）。此时，使用共模铁氧体将会有很好的抑制作用。

    （3）若在线缆上使用铁氧体磁环，并将其放置在信号线接受终端，则会增强噪声抑制效果。

    剪短电缆束中没有用到的芯线，能使屏蔽层将它们完全包住。裸露的芯线抽头（也称“猪尾”）相当于在屏蔽层的内部放置了一个感应外部噪声的天线，会将外部噪声引入到屏蔽层内部。另一个处理抽头的方法是将其并行地连接到其他信号线上。但是最好不要连接到屏蔽层上，因为那样相当于将屏蔽层上感应到的外部噪声引入到屏蔽层内部，从而干扰其他信号线。

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