飛亞達(dá)（集團(tuán)）股份有限公司 屈 哲 王文曉 曾慶宇

靜電防護(hù)技術(shù)在航空電子時(shí)鐘上的應(yīng)用

飛亞達(dá)（集團(tuán)）股份有限公司 屈 哲 王文曉 曾慶宇

靜電會(huì)對(duì)航空電子設(shè)備造成嚴(yán)重的影響，對(duì)靜電的防護(hù)措施非常重要。本文介紹的是適用于民航駕駛艙機(jī)載電子時(shí)鐘的靜電防護(hù)設(shè)計(jì)，靜電防護(hù)效果顯著，很好地滿足了適航技術(shù)指標(biāo)的要求。

靜電防護(hù)；電子時(shí)鐘；TVS

1.概述

靜電放電（Electro Static Discharge，簡(jiǎn)稱ESD）是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起電荷轉(zhuǎn)移，靜電荷從一個(gè)集中區(qū)域流向相反電荷集中區(qū)域或者靜電荷稀少區(qū)的現(xiàn)象。

航空電子時(shí)鐘正面有LCD顯示屏和按鍵，在組裝、測(cè)試、存放、搬運(yùn)以及使用過(guò)程中由于摩擦而產(chǎn)生靜電荷或由于接觸而將空氣，人體或帶電物質(zhì)中的靜電荷轉(zhuǎn)移到顯示屏或按鍵上。由于顯示屏采用的基板為玻璃材質(zhì)，為絕緣材料，當(dāng)表面有電荷積累時(shí)無(wú)法導(dǎo)電通路釋放，會(huì)一直累積在表面。當(dāng)大量積聚的靜電荷發(fā)生放電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致顯示異常，甚至?xí)斐上到y(tǒng)運(yùn)行故障及時(shí)鐘內(nèi)部器件產(chǎn)生永久性破壞，所以必須采取措施應(yīng)對(duì)靜電放電。航空電子時(shí)鐘是駕駛艙設(shè)備，根據(jù)RTCA/DO-160F機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)程序第25章靜電放電（ESD）要求，其適航靜電指標(biāo)為抗15000V試驗(yàn)量級(jí)的靜電放電脈沖能力，即在每個(gè)選定的位置施加10次脈沖（10次正電壓和10次負(fù)電壓）。

2.靜電危害與防護(hù)措施

2.1 靜電的原理及危害

所謂靜電，就是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷或者說(shuō)不流動(dòng)的電荷。當(dāng)電荷聚集在某個(gè)物體上或表面時(shí)就形成了靜電。而產(chǎn)生靜電最普通的方法就是摩擦生電，材料的絕緣性越好，越容易摩擦生電，也叫摩擦起電。如飛機(jī)表面與空氣接兩個(gè)具有不同靜電電位的物體，由于直接接觸或靜電場(chǎng)感應(yīng)引起的兩物體間靜電電荷的轉(zhuǎn)移, 便形成靜電放電（ESD）。同時(shí)，人體因?yàn)樯碇挛锏哪Σ粱蛟诟唠娮杪手瞥傻慕^緣地面上走動(dòng)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生靜電。

2.2 靜電放電的危害

ESD是一種常見(jiàn)的近場(chǎng)危害源，可形成高電壓，強(qiáng)電場(chǎng)，瞬時(shí)大電流，并伴有強(qiáng)電磁輻射，形成靜電放電電磁脈沖。不僅對(duì)電子器件造成嚴(yán)重的干擾和損傷，

而且由于靜電損傷具有潛在性和累積性的特點(diǎn)，一旦形成潛在危害就使電子設(shè)備的可靠性降低。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

靜電吸附灰塵，改變線路間的阻抗。

破壞電子元器件，會(huì)使電子元器件自身短路，開(kāi)路，功能喪失等。

放電瞬間電場(chǎng)或電流產(chǎn)生的熱，使電子元器件表面溫度升高，元器件仍能夠工作，但是影響其使用壽命。

2.3 靜電防護(hù)措施

預(yù)防靜電的防護(hù)措施主要有：接地法，屏蔽法和中和法。接地就是將靜電通過(guò)一小線路的連接直接瀉放到大地接地（電阻小于10歐姆）。屏蔽法是飛機(jī)設(shè)備在使用過(guò)程中會(huì)暴露于有靜電的區(qū)域，用靜電屏蔽電纜和防靜電設(shè)備殼體箱等作為保護(hù)，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對(duì)電子元件的影響。中和法是絕緣體往往易產(chǎn)生靜電，對(duì)絕緣體靜電的消除，通常采用的方法是離子中和（部分采用屏蔽），此方法一般用于設(shè)備工作房等場(chǎng)所。

3.航空電子時(shí)鐘靜電防護(hù)技術(shù)

3.1 航空電子時(shí)鐘靜電干擾問(wèn)題

航空電子時(shí)鐘上，人直接接觸的位置包括按鍵，屏幕，外殼等部件。所以必須要對(duì)以上部件進(jìn)行靜電防護(hù)設(shè)計(jì)。同時(shí)飛機(jī)與空氣摩擦，加油或油箱內(nèi)油液的流動(dòng)及清潔飛機(jī)時(shí)用具與機(jī)件表面的接觸等也會(huì)產(chǎn)生靜電，通過(guò)電子時(shí)鐘接口進(jìn)入時(shí)鐘內(nèi)部，必須要對(duì)電子時(shí)鐘接口的電源和ARINC429通信進(jìn)行靜電防護(hù)設(shè)計(jì)。

所以需要進(jìn)行靜電防護(hù)的部位包括：面框，面玻璃，LCD顯示屏，顯示接口電路，按鍵電路及接口。

3.2 顯示器組件靜電干擾防護(hù)設(shè)計(jì)

航空電子時(shí)鐘的顯示器組件包括面框、面玻璃、LCD顯示屏。顯示屏外周為合金材質(zhì)的面框和起保護(hù)作用的面玻璃，面框上還有用于操作電子時(shí)鐘的按鍵，見(jiàn)圖1。顯示屏幕正面緊貼面玻璃，四周被面框包裹，背部通過(guò)FPC與電子時(shí)鐘PCBA連接。

圖1 航空電子時(shí)鐘正面效果圖

（1）面框防靜電設(shè)計(jì)

面框組件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，面框組件由鋁合金材質(zhì)的面框和鋼化玻璃組成，鋼化玻璃一面鍍有ITO導(dǎo)電膜，使整個(gè)玻璃面成為導(dǎo)體；鋼化玻璃通過(guò)導(dǎo)電粘合劑與面框粘接在一起，粘合位置如圖2紅色部分所示，粘合之后的玻璃鍍有ITO導(dǎo)電膜側(cè)與粘合劑導(dǎo)通，粘合劑與面框?qū)?，面框組件成為一個(gè)導(dǎo)體。面框組件與金屬外殼形成一個(gè)導(dǎo)體。

圖2 面框組件結(jié)構(gòu)圖

（2）LCD屏幕防靜電設(shè)計(jì)

屏幕顯示接口電路見(jiàn)圖3，屏幕顯示接口電路直接與電子時(shí)鐘的MCU互聯(lián)，為了防止靜電對(duì)MCU運(yùn)行造成干擾，在屏幕顯示接口電路與地線（GND）之間增加了ESD防護(hù)器件TVS瞬態(tài)抑制二極管D1、D2。

圖3 顯示屏幕接口靜電防護(hù)電路

（3）按鍵防靜電設(shè)計(jì)

按鍵電路見(jiàn)圖4，按鍵電路直接與電子時(shí)鐘的MCU互聯(lián)，為了防止靜電對(duì)MCU運(yùn)行造成干擾，在按鍵電路與地線（GND）之間增加了ESD防護(hù)器件TVS瞬態(tài)抑制二極管D1、D2，D3，D4。

圖4 按鍵靜電防護(hù)電路

3.3 時(shí)鐘接口靜電防護(hù)設(shè)計(jì)

接口部分主要包括ARINC429通信接口和電源接口ARINC429 接收端的兩路接口，使用雙向TVS瞬態(tài)抑制二極管，共模方式作ESD 防護(hù)；因?yàn)閭鬏敳捎秒p絞屏蔽線，可以抑制差模干擾。電源接口的輸出端口使用單向TVS瞬態(tài)抑制二極管作ESD的差模防護(hù)。

在實(shí)際使用場(chǎng)合，電子時(shí)鐘的外殼與系統(tǒng)殼地連接在一起，當(dāng)帶有靜電荷的人體或其他物體靠近或接觸電子時(shí)鐘的操作面板時(shí)會(huì)發(fā)生靜電荷轉(zhuǎn)移，靜電荷會(huì)通過(guò)面框組件轉(zhuǎn)移到外殼，然后通過(guò)系統(tǒng)殼地釋放。當(dāng)外部的靜電感應(yīng)使屏幕顯示接口電路或按鍵電路上瞬間電壓超過(guò)閾值時(shí)，ESD防護(hù)器件D1～D4將會(huì)瞬間導(dǎo)通，使電路上電壓恢復(fù)正常，有效保證MCU的正常運(yùn)行不受靜電的干擾。

3.4 航空電子時(shí)鐘靜電防護(hù)設(shè)計(jì)效果

依據(jù)適航標(biāo)準(zhǔn)RTCA/DO-160F機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件和試驗(yàn)程序第25章靜電放電（ESD）要求，航空電子時(shí)鐘適航靜電指標(biāo)為每個(gè)選定的位置施加10次15000V試驗(yàn)量級(jí)脈沖（10次正電壓和10次負(fù)電壓）。

在未實(shí)施航空電子時(shí)鐘做靜電防護(hù)設(shè)計(jì)前，航空時(shí)鐘在經(jīng)受靜電放電試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)花屏等嚴(yán)重錯(cuò)誤。實(shí)施靜電防護(hù)措施以后，時(shí)鐘運(yùn)行正常，取得了非常好的效果。效果對(duì)比見(jiàn)圖5。

圖5 效果對(duì)比圖

4.結(jié)論

本文運(yùn)通接地法和屏蔽法對(duì)航空時(shí)鐘實(shí)施雙重防靜電設(shè)計(jì)，解決靜電防護(hù)問(wèn)題，其空氣放電的靜電防護(hù)等級(jí)可達(dá)到4級(jí)，即±15KV，效果明顯，對(duì)于航空電子設(shè)備的安全性和可靠性來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

[1]張亞?wèn)|,淺析靜電對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的破壞及預(yù)防[J].科學(xué)中國(guó)人,2007(3):70.

[2]李秀峰,邱楊,丁高.靜電放電及其防護(hù)技術(shù)[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2006(2):9-12.

[3]RTCA DO-160F-2007,Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment(機(jī)載設(shè)備的環(huán)境條件和測(cè)試規(guī)程)[S].