EMC电阻的ESD能力研究，屏蔽材料应用知多少

Time：2022-01-07Number：810

电阻也会有静电能力？电阻会被静电打坏吗？很多人可能报有疑问，本文抛砖引玉的介绍一下电阻的静电能力。

在日常设计中我们很关注半导体器件的静电防护设计，但很少关注电阻是否需要静电防护，以及电阻是否也会被静电打坏而失效。答案是肯定的，不然本文也就没有意义了。

静电有三种模型HDM：人体模型；MM：机器模型；CDM：器件放电模型。本文为分析方便，只选取人体模型作为研究，以下是人体模型的静电放电模型和放电波形（参考ISO10605）。

图1.人体模型及放电波形

首先我们来定义一下何为失效，电阻的失效模式有开路、短路、漂移三种，只要出现任意一种则鉴定为失效，特别是漂移超过规格标定即失效。

首先来确定电阻的几个重要参数：电压、电流、额定功率及脉冲功率。前三个我想不必赘述，重点说一下脉冲功率，以下图2是一款0603电阻的脉冲功率参数，单脉冲与重复脉冲功率。

以±8kV的人体模型为例：静电放电时间在ns级别，具体参考图1。而下图2中电阻的脉冲功率给出的时间参数最小是1us（10-6），差别不是特别大，在此可近视的取电阻能承受的脉冲功率为额定功率的70-90倍。（注：不同工艺的电阻不一样，在此处是针对性的具体分析）

图2.0603电阻的脉冲功率

假设端口的电阻为10K到地，则电阻实际承受的脉冲功率为：

Pesd=8000V*8000V/10K=6400W >> 90*PR=9W

则电阻有失效风险,典型的失效是电阻会漂移。所以不要以为电阻放端口可以无忧，但其实风险很大，设计时需要注意并加上一定的防护措施。应该保证电阻的脉冲功率能够承受更高的静电放电功率。

EMC整改小技巧:

一、差模干扰与共模干扰

差模干扰：存在于L-N线之间，电流从L进入，流过整流二极管正极，再流经负载，通过热地，到整流二极管，再回到N，在这条通路上，有高速开关的大功率器件，有反向恢复时间极短的二极管，这些器件产生的高频干扰，都会从整条回路流过，从而被接收机检测到，导致传导超标。

共模干扰：共模干扰是因为大地与设备电缆之间存在寄生电容,高频干扰噪声会通过该寄生电容，在大地与电缆之间产生共模电流，从而导致共模干扰。

下图为差模干扰引起的传导FALL数据，该测试数据前端超标，为差模干扰引起：

下图为开关电源EMI原理部分：

图中CX2001为安规薄膜电容（当电容被击穿或损坏时，表现为开路）其跨在L线与N线之间，当L-N之间的电流，流经负载时，会将高频杂波带到回路当中。此时X电容的作用就是在负载与X电容之间形成一条回路，使的高频分流，在该回路中消耗掉，而不会进入市电，即通过电容的短路交流电让干扰有回路不串到外部。

对差模干扰的整改对策：

1. 增大X电容容值

2. 增大共模电感感量，利用其漏感，抑制差模噪声（因为共模电感几种绕线方式，双线并绕或双线分开绕制，不管哪种绕法，由于绕制不紧密，线长等的差异，肯定会出现漏磁现象，即一边线圈产生的磁力线不能完全通过另一线圈，这使得L-N线之间有感应电动势，相当于在L-N之间串联了一个电感）

下图为共模干扰测试FALL数据：

电源线缆与大地之间的寄生电容，使得共模干扰有了回路，干扰噪声通过该电容，流向大地，在LISN-线缆-寄生电容-地之间形成共模干扰电流，从而被接收机检测到，导致传导超标（这也可以解释为什么有的主板传导测试时，不接地通过，一夹地线就超标。USB模式下不接地时，电流回路只能通过L-二极管-负载-热地-二极管-N,共模电流不能回到LISN，LISN检测到的噪声较小，而当主板的冷地与大地直接相连时，线缆与大地之间有了回路，此时若共模噪声未被前端LC滤波电路吸收的话，就会导致传导超标）

对共模干扰的整改对策：

1. 加大共模电感感量

2. 调整L-GND，N-GND上的LC滤波器，滤掉共模噪声

3. 主板尽可能接地，减小对地阻抗，从而减小线缆与大地的寄生电容。

二、产品电磁兼容骚扰源有：

1、设备开关电源的开关回路：骚扰源主频几十kHz到百余kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。

2、设备直流电源的整流回路：工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz；开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。

3、电动设备直流电机的电刷噪声：噪声频率上限可延伸到数百MHz。

4、电动设备交流电机的运行噪声：高次谐波可延伸到数十MHz。

5、变频调速电路的骚扰发射：开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。

6、设备运行状态切换的开关噪声：由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。

7、智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰：骚扰源主频几十kHz到几十MHz，高次谐波可延伸到数百MHz。

8、微波设备的微波泄漏：骚扰源主频数GHz。

9、电磁感应加热设备的电磁骚扰发射：骚扰源主频几十kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。

10电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波：骚扰源主频数十MHz到数百MHz，高次谐波可延伸到数GHz。

11、信息技术设备及各类自动控制设备的数字处理电路：骚扰源主频数十MHz到数百MHz（经内部倍频主频可达数GHz），高次谐波可延伸到十几GHz。

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