静电屏蔽设计原理、静电的干扰及其抑制措施

1 前言

屏蔽是解决电磁兼容问题的关键技术。电磁屏蔽的方法就是以金属或者磁性材料来隔离电磁干扰由一个区域向另一个区域感应或辐射传播。一般分为两种类型：一种是静电屏蔽，主要是防止静电场和恒定磁场的影响。另一种是电磁屏蔽，用于防止交变电场、交变磁场、交变电磁场的影响。本篇主要学习静电屏蔽。

所谓静电，就是一种处于静止状态的电荷或者说不流动的电荷，流动的电荷就形成了电流。这句话中有两个关键点：（1）物体是如何起电的；（2）静止的电荷和流动的电荷会对周围产生什么干扰，又该如何抑制这种干扰。

2 物体是如何起电的

1. 摩擦起电

摩擦起电是一种特殊的接触起电。实质是电荷的转移，两个物体互相摩擦时，因为不同物体的原子核束缚核外电子的本领不同，所以其中必定有一个物体失去一些电子，另一个物体得到多余的电子。得到电子带负电，失去电子带正电。

2. 感应起电

当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。这种现象叫做静电感应。这种起电方式的对象是金属导体，因为金属原子最外层的价电子很容易挣脱原子核的束缚，而成为自由电子，而且浓度高。

3. 接触 - 分离起电

这是最广泛的静电起电方式之一。是指两种物体互相接触（不发生摩擦），分开后所产生的静电起电现象。当两种物体表面相互接触时，其间距离非常小，由于不同原子得失电子的能力不同，不同原子外层电子的能级不同，存在着接触电位差，在接触与分离时就发生电子的转移现象。

3 静电的干扰及其抑制措施

1. 流动的电荷的干扰，我们可以理解为 ESD（全称：Electro-static discharge），即静电放电。是指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。在转移的过程中，可形成高电压，瞬时大电流，并伴有强电磁辐射，形成静电放电电磁脉冲。所以在通常的 ESD 整改中，我们会用到屏蔽体。一方面，屏蔽体可以给瞬时大电流一个低阻的通路，防止大电流进入电路中。另一方面，对电磁场进行反射和吸收。笔者认为，在 ESD 的测试中，前面一种的作用占主要。

2. 静止的电荷会产生静电场，静电场的存在是感应起电现象的原因。例如在带正电荷的导体 A 附近有导体 B（不带电），由感应起电可知，B 将会带电，那么 B 将会受到干扰。

如果用金属屏蔽体将 A 包起来，此时屏蔽体的内侧就感应出与 A 等量的负电荷，在外侧出现等量的正电荷，这些外侧的电荷又会产生静电场，使感应电场更为复杂，屏蔽体并没有起到作用。所以金属屏蔽体需要接地，使屏蔽体外侧电场消失，B 就不会受到感应干扰。这就是静电屏蔽的原理。

4 结语

静电屏蔽实际上就是解决静电流和静电场的干扰。它应具有两个基本要点，即完善的屏蔽体和良好的接地。如果屏蔽体不接地或者接地不良，静电干扰就有可能比不加屏蔽时更严重。屏蔽体应该有很好的导电率，这样才有可能成为一个等位体。

审核编辑黄昊宇