靜電的產(chǎn)生具有隱蔽性、潛在累積性，可能會造成電子產(chǎn)品工作異常、損壞，甚至引發(fā)其他的安全問題。在研 發(fā)階段應(yīng)對電子秤產(chǎn)品進(jìn)行靜電放電抗擾度試驗(yàn),分析并驗(yàn)證各種整改措施，為電子秤的后期開發(fā)提供必要的參考和依 據(jù)。采用標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)設(shè)備、環(huán)境及操作,對電子秤分別進(jìn)行接觸放電和空氣放電試驗(yàn)。結(jié)果表明：易受影響的關(guān)鍵模塊為A/D 轉(zhuǎn)換器,產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)著力于其選型和電路設(shè)計(jì)。

0.引言

木制秤取消后，電子計(jì)價秤因其能滿足"快速、準(zhǔn) 確、自動"的稱量要求,逐漸成為菜場、商店等經(jīng)營場所 購物結(jié)賬的必需品。實(shí)際生活中，周邊復(fù)雜的電磁環(huán)境 容易使電子秤受到干擾,影響其稱量的準(zhǔn)確性,使消費(fèi) 者在未知情的情況下多掏腰包。一臺合格的電子秤 要求能夠抑制這些干擾,并將它減小到國家標(biāo)準(zhǔn)允許的 范圍內(nèi)。本文針對電子秤的抗靜電放電問題進(jìn)行分析, 并提出整改方案。

1.靜電產(chǎn)生的主要原因及試驗(yàn)室靜電放電模型

在運(yùn)動過程中，人體與衣服發(fā)生摩擦，比如穿化學(xué) 纖維制成的衣物就容易產(chǎn)生靜電。干燥的環(huán)境更有利 于電荷的積累和轉(zhuǎn)移,特別是冬天，當(dāng)空氣的相對濕度 低于45%時，地板或工作臺上的膠板都有可能產(chǎn)生靜電。

為了評估電氣和電子設(shè)備遭受靜電放電時的性能, 建立通用的和可重現(xiàn)的基準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17626.2-2006/IEC61000-4-2 2001規(guī)定了電氣和電子設(shè)備遭受 直接來自操作者和對鄰近物體的靜電放電時的抗擾度 要求和試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定試驗(yàn)時環(huán)境溫度控制在 15~35 相對濕度控制在30%~60%。由于南北方氣 候地域性差異，可以用除濕器和加濕器對濕度進(jìn)行控 制。將靜電放電分為接觸放電和空氣放電。以接觸放 電為優(yōu)先選擇。接觸放電的電流脈沖波上升時間為 0.7 ns,比空氣放電快，其波形中的諧波成分更豐富，因 此對設(shè)備考核更準(zhǔn)確更嚴(yán)格。靜電放電發(fā)生器輸出電 流波形如圖1所示。

對于臺式設(shè)備,受試設(shè)備放于絕緣襯墊上，絕緣襯 墊位于水平耦合板上,施加靜電放電部位為受試設(shè)備上 可觸及的金屬部分。試驗(yàn)中測試的電子計(jì)價秤沒有接 大地,其金屬部分和水平耦合板之間應(yīng)使用帶泄放電阻 的電纜連接，或者使用帶泄放電阻和碳纖刷的接地電纜，如圖2所示。

非自動秤通用檢定規(guī)程JJG555-1996對電子秤等在 檢定和使用中做了更為詳細(xì)的規(guī)定，靜電放電方面指 定試驗(yàn)嚴(yán)酷程度為3級，即接觸放電6 kV,空氣放電 8 kV。判據(jù)要求為在干擾和無干擾情況下，其示值之 差應(yīng)不大于最小分度值或者秤能檢出干擾誤差并反 應(yīng)顯著。

2.電子秤靜電放電案例

2.1試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)過程中使用的靜電放電發(fā)生器為特測 NSG438,如圖3所示，滿足IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)，配置其他 適當(dāng)?shù)姆烹娔K,還可以滿足其他靜電放電標(biāo)準(zhǔn)。

2.2問題描述

某型號電子秤正常工作時，正確顯示標(biāo)稱砝碼示 值。當(dāng)對水平耦合板進(jìn)行6 kV間接放電后，顯示屏示 值出現(xiàn)紊亂,并且伴有出錯報警音,甚至死機(jī)。

2.3干擾分析及抑制

常用電子計(jì)價秤系統(tǒng)框圖如圖4所示,被秤物品重 量的變化將導(dǎo)致傳感器形變，輸出變化的模擬信號,信 號放大后經(jīng)過必要的濾波傳送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換 成便于處理的數(shù)字信號,微處理器對這些采集到的數(shù)字 信號進(jìn)行解析,最終將結(jié)果輸出到顯示屏顯示。

對水平耦合板施加的干擾主要是通過空間耦合到 電子計(jì)價秤內(nèi)部。試驗(yàn)過程中顯示屏示值出現(xiàn)紊亂,初 步鎖定易受電磁波干擾的元器件。檢查線路板發(fā)現(xiàn) CPU微處理器的工作晶振外殼沒有接地,對晶振實(shí)施有 效的接地后發(fā)現(xiàn)前期施加干擾時秤示值一直跳動,干擾 停止后即可恢復(fù)正常，隨著干擾施加次數(shù)的增多,又重 新出現(xiàn)紊亂現(xiàn)象，即使干擾停止也不能自行恢復(fù)正常。 晶振接地可以起到一定的抗干擾作用，但還不足以從根 本上解決示值偏移及工作穩(wěn)定性問題。

進(jìn)一步分析原理圖發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中還有一個很重要的 模塊?模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，該部分電路中應(yīng)注意地線的 正確連接及地平面的完整性。地線的電平變化將對模 擬電路部分的工作產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾,數(shù)字噪聲容易重疊 在模擬量輸入電壓中,使A/D轉(zhuǎn)換器工作不正常。針對 這個切入點(diǎn)，分析了試品的PCB走線,發(fā)現(xiàn)線路板中模 擬地和數(shù)字地分開,沒有進(jìn)行有效的共地處理。從整個 板子的角度分析,模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部兩個地其實(shí)早已 連接在一起,這個時候如果把模擬地和數(shù)字地分開,整 個板子就會出現(xiàn)一個大的回路,引起回路噪聲。將模擬 地和數(shù)字地進(jìn)行共地連接后重新進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試品在 整個試驗(yàn)過程中工作穩(wěn)定，有效地抑制了靜電放電干 擾。整改后PCB板如圖5所示。

3.結(jié)語

系統(tǒng)的晶振接地對抑制干擾有一定的作用，布板時 可以在封裝外圍做一個接地的焊盤,需要注意的是批量 生產(chǎn)中回流波峰焊后需要手工補(bǔ)焊該點(diǎn)。靜電放電對 環(huán)境濕度依賴性較大,操作者使用電子秤前應(yīng)事先采取 措施除去靜電。同時適當(dāng)添加壓敏電阻、電容或者 TVS管等補(bǔ)救措施都能在一定程度上抑制靜電放電。 為了少走彎路和節(jié)省時間,在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)前期就應(yīng)充 分考慮并滿足產(chǎn)品抗干擾性的要求,合理擺放敏感元器 件，對PCB板做好必要的防靜電措施，如加大復(fù)位 線、時鐘線與其他布線間的距離,鋪地時盡量避免尖角， 并合理布局好過孔,避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾 的補(bǔ)救措施,導(dǎo)致批量生產(chǎn)成本的提高。