本文介绍了静电产生的机理和传播途径。针对仪表显示电路的静电问题， 提出了从器件选型、接口滤波、PCB设计和软件等四个角度着手解决静电问题的思想，抛砖 引玉，希望对大家解决同类问题有所帮助。

显示电路是电子称重仪表的重要组成部分， 其抗干扰性能的好坏直接影响到仪表的整体性能， 尤其是显示电路的抗静电能力。本文首先简要介 绍了静电产生的机理和传播途径，然后通过几个 例子，分别从器件选型、接口滤波、PCB设计和 软件等角度解决显示电路的静电问题，希望对大 家有借鉴意义。

1.静电的机理和传播途径

国标GB/T 4365- 1995关于静电放电（ESD 的定义为“具有不同静电电位的物体互相靠近或 直接接触引起的电荷转移”。由定义可见，ESD对 电路的干扰通过以下两种方式，如图1所示。

一种方式是传导干扰：若电路的某个部分构 成了放电路径，即静电放电电流直接侵入设备内 的电路。

另一种方式是辐射干扰：即静电放电时伴随 火花产生了尖峰电流，这种电流中包含有丰富的高频成份。从而将辐射磁场和电场，磁场能够在 附近电路的各个信号环路中感应出干扰电动势, 从而影响电路的正常工作。

相应的ESD的破坏机制主要有两种。

功率击穿：指半导体PN结、绝缘介质层、连 接导线等在过电流下的击穿，它与静电放电脉冲 形状、持续时间和能量积累有关。原因为ESD电 流流过集成电路内部导致PN结温度升高，导致器 件老化或损坏。

电压击穿：指半导体PN结或绝缘介质层在过 电压下的击穿。原因为ESD感应出高的电压导致 绝缘击穿。

2.显示电路静电问题

大部分电子秤仪表所处的环境比较恶劣，且状 况复杂，经常受到静电影响，导致仪表性能下降， 甚至无法工作。若仪表受到静电干扰，显示出现 闪屏、花屏、甚至黑屏，这将严重影响客户的正 常使用，对客户造成不必要的损失，同时也将影 响公司在客户中的形象。为此提高显示电路的抗 静电能力一直是我们关注的重点。

称重仪表静电问题牵涉到结构、电路和软件 三个方面，牵涉到很多内容，本文仅从电路和软 件这两方面来解决静电问题，结构设计方面请参 考参考文献。

下面将结合实际开发过程中ESD案例，讲解 如何从器件选型、接口滤波、PCB设计和软件这 四个角度着手解决显示电路的静电问题，提高仪 表显示电路的抗静电能力。

2.1案例1 ：器件选型

某型控制仪表在实验室打静电接触6kV时， 显示出现黑屏。分析发现显示黑屏后，CPU仍在 正常工作，CPU仍在向显示电路发送数据，初步 分析为显示驱动芯片打静电后出现异常。整个仪 表采用铝合金壳体，由于结构和显示数码管位置 限制，导致显示板布板空间有限，显示板PCB到 金属壳体的距离只有1mm,而显示驱动芯片及走 线离PCB板边缘只有1.5mm。静电通过壳体和 PCB之间的耦合电容直接传到显示板电路，影响 显示电路正常工作。期间试过接地和滤波的方法， 但都没有成功。最后怀疑是否显示驱动芯片本身 抗静电能力太差，导致黑屏现象。咨询显示芯片 厂家后，得到显示芯片只能过2kV静电。最后更 换显示驱动芯片后，黑屏现象消失，顺利通过 GB/T 7724- 2008]接触 6kV,空气 8kV 的要求。

可见在显示电路设计时，器件选型比较关键， 要选择抗静电干扰能力强的芯片。

2.2案例2:接口滤波

某款塑料壳体仪表在对串行接口 DB9金属 部分打接触6kV时，显示出现闪烁现象，能自 动恢复，虽不影响正常使用，但存在安全隐患， 在研发阶段必须解决。分析仪表结构，主板和显 示板采用排线连接，排线长度约15cm。由第一节 静电的机理和传播途径可知，ESD主要通过传导 和辐射影响电路，其中静电产生的辐射频率高达 上GHz,而15cm的长度很可能成为接收天线。初 步怀疑主板和显示板之间的连接排线成为接收天 线，接收静电产生的高频电磁波，从而出现显示 数据异常。考虑在排线上绕磁环，以滤除静电产 生的高频干扰。加磁环措施后，效果明显，闪烁 现象消失，顺利通过6kV静电。由于绕磁环在工 艺上和运输过程中容易出现问题，后续在新版 PCB设计中在显示板接口处加磁珠，注意磁珠尽 量靠近接口位置。新板PCB能顺利通过静电实验 而不用在排线上加磁环。

这边需要在整改中注意的是，排线要在磁环 上绕几圈，而不是直接穿过磁环，以免影响整改 效果。

这个案例说明，在显示板与主板接口处要做 滤波处理，事先在原理图和PCB中预留相应位置, 以备实验整改时使用。

2.3案例3 ： PCB设计

某款金属壳体仪表在面贴上打8kV接触放电 时，显示出现闪烁，现象同案例2。但结构上显示 板和主板通过接插件直接相连，且线路板和金属 壳体有4mm的安全距离。初步考虑静电通过辐射 方式影响显示电路正常工作。检查原理图发现, 显示驱动芯片的时钟和数据线上已做RC滤波处 理，原理图设计上没有问题。分析显示板PCB, 发现时钟线和数据线从接口到芯片的走线较长, 且周围没有完整地线，线路构成的回流面积较大, 容易受到高频磁场干扰，使数据线上的数据产生 跳变，从而影响称重数据正常显示，其中一条数 据线走线图如图2所示。

调整PCB板时钟线和数据线走线，在这些线 旁边加一条地线回流路径，重新进行静电测试, 显示无闪烁现象，顺利通过静电测试。

此案例说明，合理的PCB走线能大幅度提高 电路的抗静电能力。PCB设计中对重要的数据线 和时钟线要做包地处理，以减小信号的回流面积, 减小其接收高频电磁场的能力。如成本允许，显 示板可采用4层板设计，这样显示板将有一个完 整的地平面，将极大提高显示板的抗静电干扰能 力。

2.4案例4 :软件

某款点阵显示的金属壳体仪表在薄膜面贴上 打静电8kV时，点阵屏幕出现闪烁、花屏现象， 但能自动恢复，出现频率较高，对垂直藕板和水 平藕板间接放电时，也会出现相同现象。由于仪 表壳体为铝合金，前后挡板采用不锈钢结构，整 体密封性较好，且接地良好，初步怀疑静电辐射 产生的高频磁场穿透薄膜面贴显示窗进入仪表内 部,影响显示电路。为验证这种分析，在薄膜面 贴上贴上横竖交叉类似“井”字型的铜箔条，且 铜箔与金属壳体充分接触。再次对仪表进行静电 实验，闪屏和花屏现象消失，可见猜想正确，静 电产生的高频磁场确定是通过薄膜面贴显示窗进 入内部，使电路出现异常。

在点阵驱动芯片的数据线和时钟线上加滤波 电容和相应TVS后，现象得到明显改善，但仍偶 有发生，约20次出现1次。为此，在软件上对显 示做了相应的特殊处理，调整了显示的刷新频率、 时钟间隙等参数后，问题等到解决。

可见，在某些情况下，硬件方法很难解决或 没有思路时，不妨试试从软件角度去做相应处理， 从而解决静电问题。

2.5 小结

上述4个案例，仅在电路设计和软件方面， 分别从4个不同角度入手解决仪表显示电路的静 电问题，有些案例需要用到多种方法才能解决， 例如案例4采用了接口滤波和软件的方法解决。

解决仪表显示电路的静电问题，要结合具体 产品分析ESD的传播途径，看具体是传导还是辐 射，然后从器件选型、接口滤波、PCB设计和软 件等角度综合解决静电问题。

3.结论

影响仪表ESD的因素有很多，静电防护更是 一项系统工程，涉及结构、电路和软件等各个方 面，里面又牵涉到屏蔽、接地和滤波等多种方法。 本文以电子秤仪表显示电路静电问题为研究内容， 通过具体实例，仅从电路和软件角度对静电问题 进行了分析，提出了从器件选型、接口滤波、PCB 设计和软件来解决静电问题的思想，希望为同行 解决静电问题提供一种思路，不当之处，还请同 行指正。