单片微控制系统静电损伤分析及其防护研究

摘要

近几十年来，随着新材料的大量应用、工艺的进步、集成化程度的大幅度提高，电子器件对静电日益敏感，从而导致电子产品遭受静电损害的几率也日益增大。单片微控制器是微型计算机的一个重要分支，其内部包含计算机的基本功能部件，集CPU、RAM、ROM、I/O接口及中断系统等于一体，特别适用于工业智能化控制、仪器仪表等领域，现已成为工厂自动化和各控制领域的支柱产业之一。单片微控制器系统在生产和使用过程中极易受到静电电磁脉冲影响而引起干扰和损伤，而且还可能形成潜在性失效，使其工作可靠性降低。因此，对单片微控制系统进行静电损伤分析以及防护研究有重要意义。
　　 目前，对单片微控制系统静电防护问题的研究主要集中在系统自身结构及电路改进上，可采取的措施有：对系统抗干扰电路设计、合理的PCB布局、选用带静电保护电路的集成芯片等。从以上这些防护措施可以看出，它们只是单纯地从系统的角度考虑防静电问题，并没有从系统所处的整个环境去考虑系统防静电问题。从电磁兼容的角度考虑，一个好的静电防护设计方案，应该从控制静电发生源、切断干扰途径以及保护被干扰设备这三个方面同时进行。
　　 本论文结合单片微控制系统——温湿度变送器的静电放电测试、人体静电参数测量等实验，从静电损伤模型、人体静电等几个方面对温湿度变送器进行了全面地研究。主要工作如下：
　　 1．从温湿度变送器组成材料的角度分析了温湿度变送器的静电起电机理，并从单片微控制系统对静电放电敏感性角度分析了静电放电对温湿度变送器的干扰或破坏；
　　 2．设计了两种放电模式下的温湿度变送器电路损伤模型，并采用Pspice电路仿真软件对这两种电路损伤模型进行了 Transient瞬态分析及Parametric参数分析，给出了各种情况下的静电放电电流波形；
　　 3．通过实验测得了不同情况下的人体静电电位、电阻及电容，分析并验证了影响人体静电的主要因素为环境相对湿度、人体着装情况以及人体活动情况等，分析了实验测量数据与理论分析的误差；
　　 4．设计了温湿度变送器静电的总体防护方案，具体包括：从内部电路和软件的角度对系统进行防静电设计以及生产过程中的生产人员的静电防护等。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 学术背景

1.2 研究意义

1.3 论文的研究内容和章节安排

1.3.1 研究内容

1.3.2 章节安排

1.4 本章小结

第二章 单片微控制系统—温湿度变送器的静电机理分析

2.1 单片微控制系统—温湿度变送器概述

2.1.1 单片微控制系统—温湿度变送器的电路结构

2.1.2 构成单片微控制系统—温湿度变送器的主要器件

2.1.3 单片微控制系统—温湿度变送器的材料构成

2.2 单片微控制系统—温湿度变送器的静电起电机理分析

2.2.1 绝缘材料间的接触起电

2.2.2 金属与绝缘材料间的接触起电

2.2.3 金属与金属的接触起电

2.3 静电放电对单片微控制系统—温湿度变送器的损伤

2.3.1 静电放电及其放电模型

2.3.2 静电放电对单片微控制系统的干扰

2.4 本章小结

第三章 单片微控制系统—温湿度变送器静电放电测试及损伤模型的研究

3.1 温湿度变送器的静电放电测试

3.1.1 测试平台及测试设备

3.1.2 测试环境及步骤

3.1.3 静电放电测试结果及分析

3.2 单片微控制系统—温湿度变送器静电放电模型

3.2.1 “人体—温湿度变送器”ESD电路模型

3.2.2 带电器件ESD电路模型

3.3 本章小结

第四章 单片微控制系统的人体静电及其测量

4.1 人体静电

4.1.1 人体的静电起电方式

4.1.2 人体静电的理论分析

4.1.3 影响人体静电的因素

4.2 人体静电参数的测量原理

4.2.1 人体静电电位的测量

4.2.2 人体综合电阻的测量

4.2.3 人体鞋电阻的测量

4.2.4 人体电容的测量

4.2.5 环境温度与相对湿度的测量

4.3 人体静电参数测量结果及分析

4.3.1 人体静电电位测量结果及分析

4.3.2 人体综合电阻及鞋电阻测量结果及分析

4.3.3 人体电容测量结果及分析

4.3.4 人体静电理论分析结果与实际测量结果对比

4.4 本章小结

第五章 单片微控制系统—温湿度变送器的静电防护

5.1 形成静电危害的基本条件

5.2 生产过程中的静电防护

5.2.1 静电接地

5.2.2 提高环境湿度

5.2.3 人体静电防护

5.3 内部电路的静电防护

5.3.1 元器件的选择及抗干扰电路的设计

5.3.2 印刷电路板(PCB)的布局和设计

5.4 软件抗静电干扰技术

5.4.1 抗输入信号干扰的措施

5.4.2 程序失控的恢复技术

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢