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一起ESD事件,让美国工程师泪流满面!

2018-10-26 Max Maxfield 阅读:
若不采取正确的静电放电(ESD)预防措施,连日的辛苦工作可能毁于一瞬。

我不想笑,我既伤心,又恼火。就在几分钟之前,当我写下这些话时,几天之内我第二次被静电放电(ESD)击中。b2Nednc

维基百科是这样解释“静电放电”的:b2Nednc

静电放电(ESD)是在两个带电物体之间由接触、短路或电介质击穿引起的突发电流。摩擦或静电感应会引起静电累积。当两个具有不同静电电位的物体靠近或当它们之间发生介电击穿时,就会引起ESD,通常会产生看得见的火花。b2Nednc

是的,这个我们都知道。下面我们继续说ESD(黑体字部分是我自己加的):b2Nednc

ESD可以产生壮观的电火花。闪电及打雷便是较大规模的ESD事件,还有一些ESD事件,看不见,听不着,咋一看不是那么惊天动地,但仍足以对灵敏的电子设备造成损害b2Nednc

几天前,当我从办公室外面的凸窗边上走过时,鬼使神差地,我发现我的BADASS*显示器与墙面没有100%平行,我回去轻轻将它对齐到正确位置。在我搬动显示器时,我的眼角扫到有“火花”闪现。我后退几步,意识到出问题了。b2Nednc

BADASS-F1.jpg BADASS显示器(来源:Max Maxfield)。b2Nednc

从图中我们可以看到,右边第二列和第四列完全不工作了,第一列和第三列的最底下的那个LED灯不灭了。天哪!我完全惊呆了(我可不是开玩笑)。我只不过碰了BADASS显示器的木柜,怎么就发生了ESD毁坏了内部电子设备呢。b2Nednc

“哦,天,” 我对自己说,“这是一个教训,”但是,事实证明我错了,我根本没有吸取教训。b2Nednc

对不起,我的心情需要一点时间来平复。我颤抖着嘴唇,一滴泪珠从我的脸颊滑下。我试图坚强一些、勇敢一些,但这很难。b2Nednc

过去一个星期,我一直在捣鼓将要嵌入到我的桃花运势预测器上的小圆炉。在下面的图中,可以看到左边有一个像古董一样的模拟仪表,由六个螺钉固定。边框和外壳是从一个坏掉的类似仪表上拆下来的,用来固定即将装在面板右边的圆炉。b2Nednc

BADASS-F2.jpg 给小圆炉预留的安装孔(来源:Max Maxfield)。b2Nednc

这个星期我一直在做这件事。为何需要这么长时间?—— 有趣的事太多,我又没有那么多时间,所以只能每晚花一小时、周末花几个小时在这事上了。b2Nednc

我使用的是Adafruit的NeoPixels,你会感到惊讶吗?在这种情况下,我认为最佳的解决方案是使用每米上有144个LED的NeoPixel带。第一个任务是把尽可能多的LED挤入到直径为3.5英寸的圆里面,这是外壳的内部尺寸。b2Nednc

下图左边是我建议的LED灯布局。一共有七行,每行有5、10、11、12、11、10、5个LED灯,正好是26 = 64个——神奇的巧合!此外,尽管在图中并不是很明显,但每一行都与相邻的上、下两行错位了半个灯的位置,因为我们不想让它们看起来像二维阵列。b2Nednc

BADASS-F3.jpg 摆放好LED灯(来源:Max Maxfield)。b2Nednc

上图右边是制作中的两个LED阵列。 我打算把其中一个安装在我办公室外面凸窗上的预测引擎中,另一个放在家里,我要试试用编码来实现不同的灯光效果。b2Nednc

然后来看看下面的图。左下角是一个安装在外壳中的LED阵列。左上方是一个碎玻璃圆盘。我把一块玻璃放在一个塑料袋里,用锤子砸了几下,玻璃就“碎”了。 将这些碎玻璃倒入从麦当劳带回来的一个塑料杯中,加上一些透明的双组分环氧树脂,将它们混合,然后刮到一张蜡纸上,放置过夜。碎玻璃圆盘装到LED顶部,可以反射并折射光线来产生美妙的效果。b2Nednc

BADASS-F4.jpg 摆好组件准备完成最后的组装(来源:Max Maxfield)。b2Nednc

碎玻璃圆盘的右边是一块带波纹的玻璃圆片。我希望这些波纹与合适的LED照明效果结合起来能够产生闪动火焰的效果。旁边还有两块黄铜片,用于将波纹玻璃固定在黑色边框上。b2Nednc

我将它们组装好,安装在运势测试器木柜中,然后点燃。其实我只是想简单看一看测试效果,结果却相当惊人。我本来要拍一段视频给你们看,想想还是先跑到隔壁凸窗下,把我的密友伊万叫过来。回到我的办公室,我决定检查一下当所有LED满功率运行时是否会使外壳过热(之前它让家里变暖了一点)。b2Nednc

好吧,结果有好有坏,喜忧掺半。好消息是,运势测试引擎前面的大黄铜片极好地发挥了散热作用,圆炉LED外壳摸起来一点都没变热。坏消息是,我带有很大的静电荷。当我的手指碰到外壳时,只听“咝”的一声,LED灭了。b2Nednc

你能猜到我接下来要做啥吧(Max伤心地问)?我知道自己至少要做一件事:在重新点亮预测引擎之前,我要把它接地,以预防ESD。b2Nednc

美国读者评论:b2Nednc

@ avid Ashton b2Nednc
那时我还是一个楞头小伙,刚开始接受无线电技师培训。一天,我跟着一个久经沙场的老师傅出门完成一项远程安装任务。我们竖起了一根40英尺的桅杆,顶部有一个40MHz的天线,一段RG213同轴电缆(可能是)接到一个PL-259插头中。安装起来很容易,只需露出中心的导体,将外面的包层卷回去一点,并将PL-259拧到它上面。这些事由我来做。老师傅看到远处有亮光,叮嘱我:开始之前,要留意天线电缆,务必将它接地。但是我没把他的嘱咐放在心上。我抓起电缆,剥开其外层,碰到了中心的导体,我看到火花从我的指间窜过,我的脊椎有强烈的麻刺感。从此以后,我便把老师傅的忠告牢记在心了。b2Nednc

还有一次,当时我在罗得西亚(Rhodesia)的首席大法官家里安装一台无线电设备(我的老板千叮万嘱要我干得漂亮一点)。就在我们装好设备并进行了一次测试呼叫之后,我们看见了一道很亮的闪光,紧接着是轰隆的响声,无线电设备周围也噼里啪啦闪着火花。b2Nednc

在我后来的工作中,我们机房的地毯充满静电,因此每个人在进入机房前必须确保先接地。我常常四处走动,然后过去轻轻碰一下我们非常漂亮的秘书,火花滋滋作响,还能感觉到震动。“我们之间有电,你感觉得到吗?”我问。b2Nednc

@ Rick Curl b2Nednc
除了加强电路的ESD保护,您可能还需要在地毯上使用防静电喷雾。如果找不到防静电喷雾,很多织物柔软剂也可以。b2Nednc

另外我还建议使用湿度指示器来检测办公室的空气。我们办公室有一个加湿器和一个监视器,如果湿度低于40%,我们就会停止组装电路板,直到湿度重新超过40%。b2Nednc

@ Elizabeth Simon b2Nednc
ESD是非常棘手的事情。你可能认为保护接地金属柜内的电子设备并不太难,遗憾的是它比你想象的要复杂得多。b2Nednc

有一个诀窍,即通过尽可能短的路径将能量分流到地来保护所有暴露的信号。我见过因长地线引起二次脉冲而出现问题的情况。好在大多数次生效应对组件并无致命影响。b2Nednc

@ du00000001 b2Nednc
25年以前,我们(工程公司)做了一些客户专用板(微电脑,LED显示屏,I / O)。由于数量太大超出了我们的处理能力,所以我们请了一些十来岁的学生帮忙完成手工部分。当时除了一些“常见问题”,一切都很顺利。b2Nednc

但是在接下来的10年里,一个又一个的微电脑板(约三分之二)因奇怪的问题被送回维修。b2Nednc

检查发现,是双四输入NAND(74HC)在制造过程中遇到了“ESD冷焊(ESD Cold)”,经过这些年导致四个输入中的一个输入失效,使软件卡住。b2Nednc

随着时间的推移以及返修电路板数目的增加,我愈发确信自己对这一问题的诊断。修好的板子没有再出现同样的问题。b2Nednc

亲爱的EDN读者朋友,您是否亲历过可怕的ESD事件?请与我们分享你的故事。b2Nednc

* 译注:BADASS(Bodacious Acoustic Diagnostic Astoundingly Superior Spectromatic,直译是胆大包天声学诊断、令人震惊优质频谱分析显示器,而首字母缩写BADASS恰好是"无法无天"的意思…真会取名字!)b2Nednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN姐妹社区EEWeb,参考链接:Hair-Curling, Tear-Inducing Electrostatic discharge (ESD);Jenny Liao编译)b2Nednc

  • 还用开篇?文章标题中就说了的
  • 呵呵,ESD,国人不重视。“泪流满面”,以为是国人所为。开篇一看,呵呵,作者名Max Maxfield,言行,可见不是国人所为!……为什么?每每都能猜个八九不离十……
本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Max Maxfield
EEWeb主编。Max为EE Times的Designlines栏目提供内容,涵盖可编程逻辑、微控制器单元和原型设计。 多年来,他设计了从硅芯片到电路板,脑波放大器到蒸汽朋克“Display-O-Meters”的所有产品。 他拥有英国谢菲尔德谢菲尔德哈勒姆大学的控制工程学士学位。
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