我们都了解静电黏附在衣物上，通过接触金属物体会像闪电一样产生电火花。静电是古希腊人在2000年前发现的，他们应用这种静电原理作为行骗的工具。现在，静电有了更多的用途，例如静电复制、灰尘沉积、净化空气、静电喷涂。

然而，不受控制的静电对于电子设备也是一种威胁。早在1960年人们就发现厚膜和薄膜固态器件，金属氧化半导体器件，个别电子器件如电阻、电容、晶振和双极性集成电路容易被静电放电（ESD）所损坏。随着器件变为更小、更快，他们也更容易受到ESD的侵害。

对于EMC来说ESD是一个特殊的问题，可以看到，降低系统对ESD敏感度的方法类似于控制辐射干扰。

人体模型

人体是主要的ESD来源。电荷很容易传输到人体的传导皮肤层。除了50pF的自由空间电容，人体主要的分布电容在脚底与大地之间，典型值为100pF。人体接触电阻的大小取决于放电的部位。如果手指尖放电，电阻大约10kΩ，手掌放电大约1kΩ，手掌握金属放电大约500Ω，如果大面积接触金属放电（例如金属椅子）电阻可达50Ω。下图为人体模型示意图以及等效电路。

以150pF，500Ω人体模型以20000V放电为例。其峰值电流可以达到40A，上升时间1ns，下降时间100ns，上升时间取决于串联的电感。最小化电感量是

设计ESD试验时最重要的问题之一，应保持其值小于0.1uH。国际电工委员会（IEC）指定的人体模型为150pF、150Ω（IEC Standard 801-2，1984）。

当放电电压低于3500V时，人体是没有感觉的，而一些电子元件几百伏的放电电压就可毁坏，所以有些元件是在没有察觉的情况下毁坏的。在另一种极限情况下，放电电压高于25kV时，人本身也会受到侵害。

放电

电荷可以通过泻放或电弧进行放电。最好避免电弧，采用泻放的方式放电。由于空气有一定的湿度，电荷可以通过空气释放。湿度越大电荷泻放越快。物体所带电荷也可通过离子发生器使空气带反极性电荷中和掉，反极性电荷越多，中和即物体放电越快。

电荷泻放可以使用通过导体接地的方式。所连接的地可以是大地（绝对的零电位），也可以是虚拟的地（很大的阻抗，典型为1MΩ，限制电流流通）。因为人体是导体，可以带接大地的静电手镯放电，然而因为衣物不是导体，所以人体接地不会释放这部分电荷，这部分电荷要通过离子发生器或加大空气湿度释放。出于安全考虑，人体应避免直接连接到大地（美国电网地线和中线连接在一起），人体与大地的最小阻抗应为250kΩ（静电手镯一般通过1MΩ电阻接地），对地阻抗越大，放电时间越长。

设备的ESD防护

能量释放时可能通过以下三种方式耦合到电路中：

1、直接传导

2、容性耦合

3、感性耦合

直接传导通常会损坏电路。容性和感性耦合为当放电发生在金属物体或电缆线附近时，并且经常耦合到敏感电路。

电路或系统可通过以下方式防护ESD：

1、减少电荷的静态积累

2、通过绝缘阻止放电

3、提供电荷释放路径，旁路要流入电路的电流

4、屏蔽电路，抑制放电产生的电场

5、保护电路，抑制放电产生的磁场

大多数文献在讨论ESD防护时采用阻止电荷积累或释放的方式（第1、2条）。尽管这些方法防护了生产、操作和运输过程中的ESD侵害，但忽略了产品的使用者。

设计ESD防护的第一步就是阻止放电电流直接流入敏感电路。这可以通过绝缘电路或为放电电流提供其他路径实现。如果使用绝缘的方法，绝缘层必须闭合，因为在不连续的地方会通过气隙打火。为了旁路放电电流，所有裸露在外的导体必须接地。因为放电电流通过导体流动，所以露出的导体数目、位置以及接地情况都是十分重要的。

为了静电防护接地的基本原则为在放电电流可能流通的地方多点低阻抗接地，放电电流流通路径上最好不要只是单点接地。一般电路如果带有接地的金属外壳，则可转移放电电流流入大地。为了更加有效，金属外壳最好是封闭的，否则可能会有一部分电流流入内部电路，如下图所示。

对于高频电路，必须保证各点接地良好。对于不接地或是接地不当，ESD电流的流通路径就很复杂并且难以预测了，可能通过系统寄生电容或是系统对于周围环境的分布电容流通。

从上图可以看出，闭合金属屏蔽层发生ESD时，尽管内部电路基准电压会升高，但是在电路内部没有产生电势差，不会损坏电路。但是如果屏蔽层不封闭，则放电电流流入电路内部，就可能产生电势差损坏电路。如果内部电路连接到大地，并且系统具有闭合的屏蔽层，内部电路与屏蔽层之间没有直接连接，那么当ESD发生时，很可能使屏蔽层对内部电路有很高的电势差，从而发生二次打火。二次打火危害更大，如果屏蔽层没有接地，那么内部电路就会感应到与打火的源电压相同的电势。二次打火可通过增加内部电路的金属器件与屏蔽层的距离避

免，这个距离必须能够承受对于接地的屏蔽层1500伏的电压，对于不接地的屏蔽层25000伏的电压。工程上认为空气击穿电压为30kV/cm（75kV/in.）；因此内部电路的金属器件与屏蔽层的最小距离，屏蔽层接地时为0.05cm，屏蔽层不接地时为0.84cm。即使不发生二次打火，金属屏蔽层与内部电路具有强电场也是一个问题。所以经常在屏蔽层与内部电路之间设置第二层屏蔽，这层屏蔽应连接到内部电路的地上。

如果内部电路与屏蔽层相连，那么只能有一个连接点以阻止放电电流流过内部电路。下面右图即为此种连接，发生ESD时，电路与屏蔽层电压同时升高，内部不产生电势差。发生ESD时，由于线路电感，系统会产生大约几千伏的对地电压，线路内部不产生电势差，那么这几千伏的电压会产生什么影响呢？他会以共模电压的形式干扰输出线路，因此问题从屏蔽变为输出端口干扰。如果这个共模电压干扰到功率线一般不会造成损害，但如果干扰到连接逻辑门电路的信号线，就将毁坏门电路。也可以反过来考虑，如果ESD发生在输出线一端，也可能损害这种屏蔽的电路，因此应用这种与大地单点连接的电路时，要对输出线路采取相应的措施以防护ESD侵害。

接口电缆可使用以下方法防护ESD：

1、使用屏蔽线

2、共模滤波电感（注意应使绕线间寄生电容尽量小）

3、过压钳位设备

4、电缆旁路滤波器

当电路与屏蔽层单点连接时，这个连接点应尽量靠近输入电缆线（如下图）。也可使用电容或是稳压管来旁路ESD电流。要注意的是，这个电容或稳压管反映要足够快，通常应小于1ns。这几种方式可以防止ESD发生时损坏器件，但是防护不了软件错误，因为输入端仍然有噪讯电压。为了防止软件受干扰，可使用输入滤波器、平衡电路等方式。

在屏蔽层为金属材料时，屏蔽层为ESD电流提供了一个低阻抗路径。但在屏蔽层为绝缘材料时，这条低阻抗路径就不存在了，这使ESD防护更加困难。

ESD与EMC的关系

ESD是所有EMC控制项目中的一个特例。二者最大的区别就是ESD带有很大的电压和电流。然而，二者可以用相同的方式加以控制。端口线缆的ESD防护与共模电压的抑制很相近。系统适宜的设计ESD控制对于EMC性能大有好处，此外ESD测试还经常被用作检测EMC设计上的缺陷。