靜電放電的基本模型

靜電放電1. 靜電放電模型要完全理解靜電放電（E電弧D）事件，必須首先了解靜電放電產(chǎn)生的原因。本章對靜電放電進行詳細的論述。為了使講解更具體，以在地毯上行走的人接觸電氣設備為實例。本例中的設備是計算機的鍵盤（因為鍵盤是操作員最頻繁接觸的）。但一定要記住，這里介紹的靜電放電過程適合于其它任何場合。首先我們假設人體是不帶電的，然后討論人體充電的過程。當人在地毯上行走時，鞋跟會與地毯碰撞接觸。這時，電荷會在地毯和鞋之間移動，具體移動方向取決于鞋子和地毯材料的分子結構。這通常稱為摩擦充電。許多文獻都給出了摩擦生電的排序表，說明什么物質可以從什么物質吸引電子。實際上，很難確定一個能夠用實驗重復的精確序列。有時人造織物會從橡膠吸引電子，而有時相反。這通常用物質表面不純來解釋。因此，在實際中很難預見鞋子是帶正電還是負電。但有一點是肯定的，就是鞋子上會帶電，而地毯上的腳印上會帶相反的電荷。當人在地毯上行走時，鞋子上的電荷越來越多，直到鞋子存不下為止。與充電過程相反的過程是回放電流。大部分回放電流流過鞋子和地毯，一小部分流過空氣。較高的濕度會降低介質的電阻，增加回放電流。這意味著鞋子的充電會達到一個平衡點，在平衡點，充電電流等于回放電流。溫度也會影響介質的電阻，但比濕度的影響小得多。至此，我們僅討論了鞋子和地毯這樣一些絕緣介質。不要忘記，還有人體這樣一個導體存在。鞋跟上的靜電荷會產(chǎn)生一個靜電場，在這個靜電場的作用下，腳跟處會感應出極性相反的電荷，于是人體上的電荷要重新分布。人體組織，除了皮膚以外，是十分良好的導體，因此在人體的其它部分會產(chǎn)生與腳上電荷極性相反的電荷。例如，假設鞋跟從地毯吸引電子，地毯上留下了正電荷，鞋子上帶負電荷，這些負電荷會將人體上的正電荷吸引到腳上，于是人體的其它部位剩下負電荷。人體上的電荷量取決于前面所述的回放電流。電壓可以達到很高，甚至發(fā)生輝光放電。輝光放電是空氣電離的結果。空氣電離是指當加在氣體上的電場強度很高時，氣體中的自由電子或離子將獲得足夠的能量，撞擊其它原子和分子，產(chǎn)生更多的自由電子和離子，形成導電氣體。只要外界的電場強度足夠大，就能維持這一狀態(tài)。下面，再把實例中的鍵盤加入到討論中。當人體接近鍵盤時，會在鍵盤上靠近人體（手臂）部位感應出相反的電荷。由于鍵盤是接地的，因此其充電過程是由電子在鍵盤內部的地線上流動而產(chǎn)生的（沒有接地的設備是由電荷重新分布來抵消人體電荷的）。在本例中，由于人體帶負電荷，因此鍵盤會通過地線失去電子而帶正電荷。人體與鍵盤之間的距離越近，鍵盤上相反的電荷越多。鍵盤充電的速度與人體接近鍵盤的速度有關。但是即使接近速度很快，充電電流的上升速率也是很低的，因此，在放電發(fā)生之前形成的充電過程并不會對鍵盤的工作造成任何影響。比充電更重要的一個因素是放電之前存在與人體和設備之間的靜電場。這個電場會在設備上感應出不同的電壓。設備上不同部位的電位差如果太大，會造成集成電路等器件的損壞（這意味著并不只有靜電放電會帶來危害）。我們將本例中的人體和鍵盤用圖1所示的模型來表示。 圖1 人體和鍵盤靜電放電系統(tǒng)的模型圖中各參數(shù)的含義如下：C人體 = 人體和大地之間的電容R人體 = 人體的電阻L人體 = 人體的電感C臂 = 人手臂與大地之間的電容C臂鍵 = 人手臂與鍵盤之間的電容R臂 = 人手臂放電路徑的電阻L臂 = 人手臂放電路徑的電感C指 = 人手、手指與鍵盤之間的電容C鍵盤 = 鍵盤與大地之間的電容R鍵盤 = 鍵盤到大地路徑的電阻L鍵盤 = 鍵盤到大地路徑的電感C指 、C臂鍵 與C鍵盤 之間的電阻和電感很小，因此沒有包含在這個模型中。關于這個模型，需要強調以下5點：1) 雖然模型中用集總參數(shù)來描述，但是一定要清楚在實際中是分布參數(shù)。（在精確描述靜電放電過程方面，傳輸線理論更適合）2) C人體 、C臂 和C鍵盤 通常稱為自由空間電容，因為這兩個電容元素（身體和地球）通常距離較遠，接近自由空間的電容值。注意，這并不是不變的，當人體靠近大地時，人體的電容更大一些。3) 在C臂鍵盤 與鍵盤之間或 C臂 與C人體 與大地之間沒有電感或電阻。這意味著在設計用來模擬這個模型的靜電放電發(fā)生器時要非常仔細。甚至一根導線的電感也會嚴重影響結果。4) 這個模型中的設備是接地的。手持或袖珍設備中沒有R鍵盤 和L鍵盤 。5) 雖然這個模型是針對人體-鍵盤模型提出的，但實際是非常通用的。通過改變L、R、C，可以作為其它靜電放電現(xiàn)象的模型。前面的模型完整地描述了靜電放電事件中發(fā)生的充電過程。下面要討論放電過程。當人的手指靠近鍵盤時，手指與鍵盤之間的場強會很強，導致空氣擊穿。這首先形成一個離子導電通路，然后形成電弧，這時開始了主要的放電過程。雖然在電弧發(fā)生之前手指向鍵盤逼近的速度并不重要，但是在電弧發(fā)生期間手指逼近鍵盤的速度卻非常重要。電弧形成所需要的時間遠比電弧的持續(xù)時間長。由于在電弧形成過程中手指保持向鍵盤移動，因此快速移動時比慢速移動時形成的電弧間隙?。词闺妷菏窍嗤模?。因此，對于快速移動，與電弧間隙的電壓會很高。由于更快的電流上升速率和更大的幅度，因此會產(chǎn)生更強的靜電放電。對前面的模型稍微進行修改，就可以用來描述靜電放電過程。如圖2所示，基本模型保持不變，僅在電弧放電路徑上與C指 并聯(lián)了電阻和電感。R電弧 和L電弧 并不是常數(shù)，在電弧發(fā)生過程中是發(fā)生變化的。特別是R電弧 的值，開始時較大，隨著空氣電離程度的增加，越來越小。圖2包含了弧光的靜電放電模型這個模型雖然有一定的局限性，但是能夠比較確切地描述靜電放電的過程。當電弧形成時，首先使C指 放電。 R電弧 、L電弧 和C指 形成了一個阻尼震蕩回路。阻尼特性取決于R 電弧 ，而回路的振蕩頻率取決于L電弧 和C指 。C指 的量值取決于手指和手的大小。較小的手和較細的手指具有較小的C指 ，而從理論上講，較小的C指 具有較高的頻率。但是，較細的手指也會在較低的電壓形成輝光放電。輝光放電的發(fā)生會嚴重影響放電波形。在這個模型中，輝光放電的離子流可以看成將C指 、C臂鍵盤 和C臂 短路的旁路電阻。在電弧發(fā)生之前，離子流提供的旁路會對C指 充電。這意味著，放電波形中的高頻成分會減少。因此，只有當輝光放電沒有發(fā)生時，靜電放電的最高頻率才取決于R 電弧 、L電弧 和C指 的量值。當CF 放電時，由C 鍵盤 、C臂 和C臂鍵盤 構成的并聯(lián)網(wǎng)絡也開始放電。但是，這個并聯(lián)網(wǎng)絡的放電電流不僅僅流過R 電弧 和L電弧 ，也流過R 臂 和L臂 。另外這個并聯(lián)網(wǎng)絡的電容大于C指 。這意味著C 臂 和C臂鍵盤 的放電比C指 單獨放電要慢。對于C 人體 ，放電路徑包括R人體 、L人體 、 R臂 、L臂 和L電弧 。另外，C人體 的放電路徑還包含由R鍵盤 、L鍵盤 和C鍵盤 構成的并聯(lián)網(wǎng)絡。需要指出的是，在C指 、C臂鍵盤 和C臂 的放電電流中，僅有很少一部分流過鍵盤的接地路徑。并且，經(jīng)過C人體 的放電電流中的任何高頻成分都趨向流過C鍵盤 ，而不是鍵盤的地線。鍵盤地線中的電流僅限于C人體 放電電流中的低頻成分。R 、L 和C 的值決定了放電電流的波形。如前所述，C指 的放電電流會產(chǎn)生很高的頻率。C臂 和C臂鍵盤 的放電產(chǎn)生較高的頻率。最后，C人體 的放電產(chǎn)生較低的頻率。電容放電不僅會產(chǎn)生上述頻率范圍內的電流，還會產(chǎn)生阻尼振蕩。根據(jù)R 、L 和C 的具體數(shù)值，這種阻尼振蕩可以是過阻尼，也可以是欠阻尼。不同的波形如圖37所示。圖3 極高頻率圖4 高頻圖5 低頻圖6 欠阻尼圖7 過阻尼計算機仿真和實驗都表明波形不是過阻尼就是阻尼很大的振蕩，這取決于人體的具體位置和大小。典型放電的完整波形如圖8所示（虛線表示有電暈放電影響時的波形）。圖8 典型人體靜電放電電流波形在這個波形中，低頻成分轉移的電荷比高頻成分多，但是高頻成分 會產(chǎn)生更強的場。 由實驗得出的各個參數(shù)的范圍如下：Tr （上升時間） = 200ps至70msTS（尖峰寬度） = 0.5ns 至10nsTt （持續(xù)長度） = 100ns 至2(s計算機模型計算結果表明，范圍可能更寬。不僅電流波形在時間特性上差異很大，而且幅度也回在1A至200A范圍內變化（計算機模型計算的結果給出更寬的范圍）。正是由于不同條件下靜電放電的特性差異性很大，因此電子設備對靜電放電的響應很難預測。所幸的是，我們可以用統(tǒng)計的方法來處理這個問題。一定要記住的一個事實是，靜電放電時間產(chǎn)生的能量很大，頻率很高（高達5GHz）。另一個重要的事實是，C指 、C臂鍵盤 、C臂 、L臂 和R臂 對高頻的產(chǎn)生有很大影響。過去使用的簡單RC模型忽略了這一點。圖9是一個忽略了人體實際情況的簡單RC模型。這個模型把問題簡化得太厲害了，因此導致了許多不正確的結果。圖9靜電放電的簡單RC模型以上對充電和放電過程進行了完整的討論。但還有些事情需要說明。許多實驗表明，在一個靜電放電事件中，會發(fā)生多次放電。這些放電陸續(xù)減弱，間隔從10(s至200ms。導致這種多次放電的因素有2 3個。請再看一下模型，如果R人體 和L人體 的值較大，則即使C人體 上還有電荷，C臂 和C指 也會發(fā)生完全放電。當C臂 和C指 放電完畢時，電弧會熄滅。這時，C人體 會對C臂 和CF 充電，直到空氣再次被擊穿。結果再次發(fā)生電弧，C臂 和CF 開始放電。這個過程一直持續(xù)下去，直到C人體 上的電荷放凈。C人體 上的電荷主要集中在腳跟處，在腳底表面也會分布一些。因此，R人體 包含了皮膚電阻，其阻值是較大的。但這只能解釋多次放電之間的間隔為(s級的現(xiàn)象，更長的間隔則說不通。放電間隔要大于200ms，R人體 和L人體 的就必須很大。人體似乎達不到這樣高的數(shù)值。因此造成更長間隔的放電的原因可能有兩個，一個是鞋跟的介質吸收效應。我們可以將鞋跟看成一個RC網(wǎng)絡，其電阻很大。這個RC網(wǎng)絡向人體提供電荷。另一個原因是可能是因為人體向鍵盤移動。如前所述，當沒有足夠的能量維持電弧通路時，電弧會熄滅。直到手指距離鍵盤更近時，電弧才會再次發(fā)生。這時電弧間隙較小，激發(fā)電弧所需要的能量也較低。如果確實存在對C臂 和C指 的再次充電，那么即使沒有多次放電，充電也會發(fā)生。這種再充電（會導致多次放電）會影響電子設備。如果人體再充電，設備（本例中為鍵盤）肯定也再充電。由于再充電電流的上升時間在(s數(shù)量級（甚至更慢），因此大部分電流會經(jīng)過設備的接地路徑，而不是C鍵盤 （C鍵盤至通常在數(shù)十pf數(shù)量級）。對于(s數(shù)量級的快速再充電，流過地線的電流會對設備的工作產(chǎn)生一定的影響，構成與靜電放電相關的頻率較低的噪聲源。無論如何，當人體初始電荷較高時，多次放電更容易發(fā)生。多次放電的現(xiàn)象可以解釋另一個許多實驗員觀察到的現(xiàn)象。這就是，較高電壓的靜電放電和較低電壓的靜電放電都比中等電壓的靜電放電造成的問題嚴重。之所以會這樣，是因為快上升時間和高尖峰信號才是造成問題的主要原因。電壓較低時，輝光放電的作用很小，因此上升時間會很快，峰值電流也很大。中等電壓時，有輝光放電發(fā)生，這使上升時間增加，并減小了峰值電流。電壓較高時，雖然也會有輝光放電發(fā)生，但是會發(fā)生多次放電。在每個多次放電序列中，會有一個以上的低電壓放電，這會導致快速上升時間和高峰值電流，產(chǎn)生嚴重的問題。2. 靜電放電對電子設備的影響上一章，我們以人體走過地毯然后接觸鍵盤為例建立了靜電放電事件的模型。下面仍用這個例子來討論靜電放電的影響，但得出的結論具有一般性。雖然我們使用的例子很簡單，但是實際的大多數(shù)系統(tǒng)要復雜得多。一定要記住，解決靜電放電問題要從系統(tǒng)的角度考慮問題。上一章中建立的靜電放電模型是將鍵盤看成一個單獨的模塊，具有集中的電容、電感和電阻。實際上，這個模塊往往是一個殼體，殼體內有鍵盤的開關和電子線路。如果沒有其它的放電路徑或屏蔽，從人體產(chǎn)生的靜電場和放電電流會直接影響鍵盤系統(tǒng)內的電子器件。靜電場的強度取決于充電物體上的電荷數(shù)量，和與其它電荷量不同的物體之間的距離。人體上的電壓通常會達到810kV。有時電壓會更高，達到1215kV。許多文獻上稱，人體的電壓可以達到30kV。但這是假設身體的最小輝光放電放電半徑為1厘米。實際上，人體上許多部位的半徑小于1厘米，因此在通常條件下是不會出現(xiàn)這種電壓的。人體上的最高電壓應該是20kV。（衣服、頭發(fā)或鞋上會有更多的電荷，因為這些物質導電性較差，因此受電暈的影響較小）在本例中，當人的手指接近鍵盤時，手指上的靜電場會引起介電物質的極化和鍵盤內電荷的重新分布。導體內的電荷重新分布會加劇介電物質的機化，甚至強度會達到將介質擊穿的程度。這種現(xiàn)象在集成電路中尤為普遍，因為集成電路中的介質層很薄。雖然靜電場本身會造成問題，但放電的后果更嚴重，因為這有直接注入電荷的效應。這時，原來存在于人體與設備之間的能量會轉移到IC這類內部器件之間。在這些強電場的作用下，芯片會被擊穿而損壞。擊穿發(fā)生后，伴隨著電荷的重新分布，會有較大的電流，這個電流會燒毀鍵盤內的電子器件。解決電荷注入問題的一個方法是在人體和電子器件之間放置一塊絕緣屏障。只要這個屏障不被擊穿，就不會發(fā)生放電。另一個方法是在人體與器件之間放置一塊金屬擋板。當然，這個金屬擋板與器件之間必須有良好的絕緣，使它與器件之間不會發(fā)生放電。這時，靜電放電事件是向金屬板注入電荷，而不是器件。無論使用哪種屏障，靜電場的問題都不能解決。使用金屬擋板時的不同點是，當放電發(fā)生后，電場是在擋板和器件之間，而不是在人體和器件之間。要徹底解決靜電場的問題和電荷注入問題，必須將系統(tǒng)（包括電纜）完全包圍起來，或者將金屬擋板接地。當金屬板與大地連接后，金屬板上的電荷會泄放掉，從而消除靜電場。將系統(tǒng)完全包圍起來的金屬殼體可以保證沒有任何電場到達系統(tǒng)，即使殼體的外表面充滿了電荷也沒有關系。（這相當于系統(tǒng)中所有的設備都有金屬外客，電纜也是屏蔽的場合）金屬擋板的方法常被用來保護設備，一旦安裝好并接地后，其效果是很好的。電流注入和電場的問題不僅會造成設備立即損壞，還會造成潛在的損壞，使設備在現(xiàn)場出現(xiàn)問題。不幸的是，人們對低于數(shù)千伏的電場或放電是毫無察覺的，因此當他對設備造成損壞時，甚至他還不知道。這個問題在第8章進一步討論。再回到前面的例子，假設鍵盤在制造和運輸過程中是有良好保護的。并假設鍵盤在一塊金屬板的下面，金屬板與電路絕緣，并接地。當放電發(fā)生時，電流流過這個金屬板和地線。這個電流分為兩組，第一組，電荷重新分布電流使板上的電荷與手指和手臂上的電荷均等。在這種場合，金屬板是電荷源。第二組，接地線上的電流會使人體上的電荷與大地的電荷均等。這種場合，金屬板不再是主要的電荷源，而僅是電流的一個路徑。在前面的靜電放電模型中，放電脈沖中的高頻成分主要是由手、臂和鍵盤的電容產(chǎn)生的放電電流引起的。這些高頻電流是金屬板內的電荷再分布電流。另外，在這個模型中，由人體對地電容形成的放電電流主要導致低頻成分，并攜帶了大部分放電能量。這些低頻電流是地通路電流。金屬板上的高頻再分布電流的物理路徑取決于人體和金屬板的位置，并呈現(xiàn)輻射狀，如圖10所示。 圖10靜電放電的輻射狀電流人體上的低頻放電電流的路徑是選擇一條電阻最小的路徑直接到地，如圖11所示。當然這個描述是近似的，實際情況要更復雜一些。圖11 流向地的靜電放電電流在了解放電電流的路徑和頻率的基礎上，可以分析它們對電子系統(tǒng)性能的影響。在本例中，低頻電流被旁路到地，因此鍵盤和系統(tǒng)的其它部分可以免受這種高能電流的損害。對于設計而言，防止電荷注入和損壞是最基本的要求。但是，這些電流（特別是高頻電流）產(chǎn)生的場仍然會有嚴重的影響。當放電電流在系統(tǒng)內部流動時，會對電流路徑上的許多天線產(chǎn)生激勵。這些天線的輻射效率主要取決于天線的尺寸。靜電放電產(chǎn)生的頻率的波長可以在數(shù)厘米至數(shù)百米的范圍內。由于四分之一波長天線是效率最高的（即使1/16波長的天線，其輻射也是十分可觀的），因此1.5cm 150m長的導線都可以是高效的天線。下面還以鍵盤為例，看一下電子系統(tǒng)中的天線是怎樣形成的。前面已經(jīng)說過，在鍵盤的上面有一塊金屬板，但是鍵盤上按鍵需要較大的開孔（現(xiàn)實世界中的殼體很少是完全的屏蔽體，因為總會有各種各樣的開口，即使沒有開口，不同部分結合處的縫隙也總是存在的）。并且，通常電纜是與金屬板聯(lián)在一起的，電纜往往呈螺旋狀，如圖12所示。金屬板與連到大地的電纜共同構成了一個環(huán)天線、縫隙天線和直線天線的組合（更復雜的系統(tǒng)會包含更多的天線）。圖12 鍵盤上的靜電放電電流圖13是電纜的情況為了簡化分析，我們分別考慮各個環(huán)節(jié)。圖13是電纜的情況。電纜相當于一根直天線，場的方向如圖所示。場的具體方向取決于人體所帶電荷的極性。由于人體所帶電荷的極性通常是未知的，因此在后面的圖中將方向省略。圖14給出了電纜上螺旋部分產(chǎn)生的場的方向。這是一個典型的環(huán)天線。另外，當拉伸螺旋電纜時，這個環(huán)天線會在不同的頻率上諧振。圖14靜電放電電流在電纜螺旋部分產(chǎn)生的場根據(jù)尺寸不同，金屬板上的開口可以看成縫隙天線，或將開口之間的導體看成獨立的天線，它所產(chǎn)生的場與直電纜相似（圖15）。圖15靜電放電電流在金屬板上產(chǎn)生的場上面各圖都表明靜電放電產(chǎn)生的場既有電場（E）也有磁場（H）。但是在近場區(qū)（距離天線1/6波長以內），電場和磁場的相對強弱是不可預測的。對于1GHz，1/6波長為5厘米。這意味著，對于大多數(shù)靜電放電頻率而言，鍵盤內的大部分電子器件處于近場，大多數(shù)電子系統(tǒng)也是這種情況。場的相對強度取決于許多因素，例如天線增益，但是通常，高阻抗天線更易輻射電場，低阻抗天線更易輻射磁場（這是很自然的，因為電場是由電壓產(chǎn)生的，磁場是由電流產(chǎn)生的）。通常高阻抗和低阻抗的天線都是同時存在的，因此兩種場也都存在。由金屬板和電纜發(fā)射的場回被系統(tǒng)內的電子電路所接收。當靜電放電電流產(chǎn)生的磁力線從天線輻射出來后，會穿過電路中的導體。這個強度變化的磁力線在系統(tǒng)中的導體上產(chǎn)生感應電流。同樣，輻射電場也會在系統(tǒng)電路上感應出電壓。就象高阻抗天線更易輻射電場一樣，高阻抗天線也更易接收電場。同樣，低阻抗天線更易接收磁場。這意味著，無論系統(tǒng)電路的阻抗是高還是低，總會接收一種場。磁場會在低阻抗回路中感應出電流，電場會在高阻抗線上感應出電壓。盡管每個電路都不同，但有一些典型的阻抗組合。電壓和地電路通常是低阻抗的，輸出電路既可以高阻抗也可以低阻抗。這意味著，電源和地電路對磁場感應的電流敏感，必須采取措施。另一方面，輸入電路往往對電場更敏感，必須對感應電壓采取措施。而在輸出電路中，電壓和電流的效應都要考慮。在分析靜電放電的影響時，還要記住，場不僅對系統(tǒng)內的電路會產(chǎn)生直接的影響，而且還會產(chǎn)生間接的影響。這是通過場在導體上感應出電流或電壓，然后導體將電流或電壓傳導到場本身達不到的地方產(chǎn)生的。一個典型的例子是場在電纜屏蔽層上感應出電流。如果電纜屏蔽層沒有良好端接，感應電流會穿進本來屏蔽良好的機箱。這時，盡管原始的場不能穿透機箱，但通過電纜上的感應電流，場還是會對機箱內的電路造成影響。另一個需要注意的問題是共模噪聲會轉化為差模噪聲。這一點很重要。因為如果共模噪聲在整個系統(tǒng)中都保持共模形態(tài)，則對系統(tǒng)的實際影響很小。不幸的是，由于幅度、相位和頻率成分的變化不同，原始的共模噪聲總是會在系統(tǒng)的某一點變?yōu)椴钅Ｔ肼?。例如，如果電纜中每一條線端接方式不是完全相同，電纜上的共模噪聲會在電路輸入端變?yōu)椴钅Ｔ肼?。雖然靜電放電解決方案貫穿整個系統(tǒng)，但是如果不將系統(tǒng)從概念上分解為若干部分，分析將是十分困難的。在后續(xù)的各章中，將討論固件（軟件）、線路板、電纜和系統(tǒng)其它部分的靜電放電對策。但是，一定要記住，系統(tǒng)問題絕不能通過僅對系統(tǒng)的一部分進行處理來解決。系統(tǒng)的抗擾能力由其最薄弱的環(huán)節(jié)決定。因此，必須對系統(tǒng)的所有部分采取防護措施。3. 固件和軟件設計原則4. 看到這個題目后，許多讀者會吃驚，在對付靜電放電方面，除了眾所周知的硬件方法以外，固件和軟件也起著重要的作用。雖然固件設計不能防止系統(tǒng)中器件的損壞，但是能夠有效地避免一些非永久性的損壞。通過適當寫入的固件，不可恢復的設備故障（死鎖）通?？梢员苊?，可恢復的故障也可以減少10倍。如同硬件上的靜電放電措施一樣，抗靜電放電的固件也是有代價的。通常，程序會更大一些，這意味著需要更長的編程時間和存儲單元。權衡得失時，要將這種代價與單純依靠硬件解決靜電放電問題時的成本做對比。在許多微處理器的應用中，固件措施的成本要比硬件低。在編寫靜電放電抗擾性強的固件時一定要樹立的的一個觀念是“不確定性”。也就是，一定不能認為端口、寄存器等的狀態(tài)是一定的。例如，當使用一個索引寄存器時，應該問一下，如果這個索引發(fā)生錯誤時，會發(fā)生什么問題。如果僅是僅發(fā)生一些暫時的或無關緊要的問題，如發(fā)光二極管閃爍，則不需要什么特殊的處理。如果會發(fā)生很嚴重的問題，例如系統(tǒng)發(fā)生死鎖，則必須采取措施來避免問題的發(fā)生。固件（軟件）靜電放電措施可以分為兩類：* 刷新* 檢驗和重新寫入下面從概念上討論每種措施，并給出一些例子。由于不可能預見到所有的特殊情況，要使固件能夠抵抗靜電放電，設計人員必須對整個系統(tǒng)有一個全面的了解。雖然下面的討論主要針對固件，但是其中的許多概念對于軟件設計也是適用的。刷新：進行刷新時，程序員不關心過去的情況，而僅是用確定的數(shù)據(jù)來保證今后的狀態(tài)。例如，在從8409的端口讀取數(shù)據(jù)時，一定要先向端口寫入數(shù)據(jù)。即使這個端口從上次更新以后一直沒有改寫，也要進行這個步驟。絕不要認為端口上還保留著上次寫入的數(shù)據(jù)。刷新時需要考慮的其它因素包括：A) 按照一定的時間間隔打開中斷使能端（在8049中是RETR，在8051中是RETI）B) 當端口用于串行數(shù)據(jù)輸出時，刷新停止位的電平。C) 刷新鎖存器和端口輸出狀態(tài)。D) 定期讀取控制和選擇輸入，保證系統(tǒng)工作在適當狀態(tài)。E) 對于8049和8051處理器，每個程序環(huán)路中至少有一條寄存器選擇指令。在進行刷新時，另一個需要考慮的因素是刷新的順序。有時，刷新的順序十分重要。例如，在同步輸入/輸出中，數(shù)據(jù)線一定要在時鐘線之前刷新。否則，經(jīng)過刷新的時鐘會使數(shù)據(jù)位丟失。如前所述，一定要考慮在錯誤條件下每條指令的順序。檢驗和復位：有時，單純刷新還是不夠的。在有些情況下，刷新甚至會掩蓋一些嚴重的問題。在這些情況下，寄存器、端口等需要通過檢驗來確認其狀態(tài)。如果狀態(tài)不對，程序應該試圖對其進行更正。進行復位（或初始化）時一定要非常謹慎。雖然系統(tǒng)的狀態(tài)可能有疑問，但是將系統(tǒng)徹底初始化并不是一個好方法。這會丟失所有過去的數(shù)據(jù)。應該遵守的原則是，使系統(tǒng)處于最可能的狀態(tài)，而這個狀態(tài)應該使問題的危害最小。如果有些關鍵的項目沒有最可能的狀態(tài)，則應該將其狀態(tài)保留起來。這便于以后采用投票的方式來確定當前狀態(tài)。通常，“3取2”的投票方式就可以了。檢驗函數(shù)通?？梢苑譃?類。特別要做以下檢驗，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，需要初始化。A) 檢驗程序流是否正確：1) 在主程序中，在子程序返回前，要定期檢驗子程序堆棧指針，以確認子程序在預定的范圍內運行。2) 如果不檢查堆棧指針（或在檢查堆棧指針的基礎上），可以使用“標牌”來幫助發(fā)現(xiàn)程序運行中的問題。當進入一個子程序時，保存標牌，當離開子程序時，檢查這個標牌。3) 在禁用區(qū)域中安排“陷阱”碼，例如編碼表或無用的中斷矢量。當程序要執(zhí)行這些碼時，就被抓?。ɡ缭谖词褂玫谋砀裰邪才欧祷刂噶睿?。為了檢查程序流是否正常，在程序中還應該包含以下兩個子程序：4) 為了確認主程序運行正常，應該有一個永遠不會停止和失效的計時程序。5) 主程序應定時檢查上面的定時程序，確認其是否運行正常（如果微處理器沒有內置的計時器，可以使用外置的硬件“看門狗”電路。當處理器沒有按時將計時器復位時，外置電路會將處理器復位）。B) 檢驗存儲的數(shù)據(jù)和信息是否正確1) 定期對保留的項目進行表決，如果沒有一致性，進行初始化。特別，狀態(tài)標志（特別是使能標志）要保留有備份。除了備份以外，還可以使用糾錯碼。2) 對于索引和其它一些十分重要的寄存器，在使用其所存儲的數(shù)據(jù)之前，要對其數(shù)值或范圍先進行檢查。3) 如果關鍵數(shù)據(jù)很多而不適合備份，或者無法檢驗所有信息時，可以用檢驗和或周期性冗余檢驗（CRC）來對數(shù)據(jù)塊檢驗。C) 對輸入和輸出進行檢驗1) 利用各種方法，如奇偶校驗、檢驗和等，對輸入進行檢驗2) 確認輸入數(shù)據(jù)的合理性，有些數(shù)據(jù)可能有明顯的錯誤。3) 對所有輸入級電平至少取樣兩次以實現(xiàn)對噪聲的“軟件濾波”4) 通過使接收機響應輸出級來進行校驗輸出端5) 接收裝置應能識別所有有效的輸入信號，如果接收裝置不能識別，那么發(fā)送裝置應具有再傳輸能力。如果以上措施均不能正確檢查，則要求能自動恢復。當然，這種恢復能力通常不能與加電（或硬件）復位過程中的初始化程序不同，RAM不應清除掉。實際上，由于靜電放電（ESD）而使錯誤程序反向復位時，執(zhí)行硬件初始化程序不應妨礙處理器的工作。這通?？梢酝ㄟ^檢查執(zhí)行硬件復位程序的標志寄存器的優(yōu)先級來完成。如果已經(jīng)設定標志，則應避免完全復位。當主程序執(zhí)行時，此標將被重新設定，一般僅被處理器的實際硬件復位所清除。特別地，通常應按以下步驟來完成復位：1、復位子程序堆棧指針。2、復位FIFO指針。3、復位計數(shù)器。4、阻止可疑碼的傳輸。5、在復位完成時才允許中斷，然后再重新啟動計數(shù)器。6、復位中斷不確定的標志7、刷新輸出。8、如果主機系統(tǒng)接受復位，最好使其發(fā)磅一代碼以通知復位已完成。那么，主機就可以采取措施來確保系統(tǒng)的 所有部分都諧調一致地工作。9、當然，復位程序必須清除引起復位動作的具體問題。上述大部分討論假定系統(tǒng)正處于執(zhí)行程序的狀態(tài)中（盡管不一定正確），如果程序包括表格，處理器可能會盡力去執(zhí)行這些單元值并將其作為指令。從理論上講，內存單元值可能會引起看門狗計數(shù)器停止計數(shù)，從而使處理器進入死循環(huán)。對于這種情況，可將邏輯分析儀接到地址總線，這樣有可能找到問題的癥結所在。循環(huán)期間的一個內存單元值應由一個返回指令來代替。這一般會使處理器跳出循環(huán)，于是程序可能會發(fā)生變化，因此，被替換的單元值便經(jīng)過特殊方式進行了處理。（如果有可能的話，空閑的內存單元地址應用于控制這個返回操作碼。實際上，如前處述，將返回碼填滿所有空閑地址是極有可能的。）當然，這個邏輯分析儀也能夠發(fā)現(xiàn)程序其他部分的死循環(huán)。然而，如利用帶有偽程序的單片微處理器來進行設計，那么地址總線將變得無效。這種情況下，在調試后，程序可以在仿真系統(tǒng)中具有“靜電放電加固”的性質。一旦程序被調試好且運行正常的話，它就可隨意改變寄存器的值以模擬靜電放電效果。程序計數(shù)器是很關鍵的，應被設置成隨意值。而且，子程序堆棧指針應設置成變量值。通過在仿真過程中作這些變化且不影響結果，許多潛在的問題都可以得以發(fā)現(xiàn)。這種方法并不總是有效的，但帶有特殊問題的系統(tǒng)是不允許的。應用這些原理，與固件相關的靜電放電問題相對來說會很少的。5. 4.印刷線路板設計指南本章及隨后幾章將討論靜電放電引起的系統(tǒng)問題的硬件解決措施。為了便于對系統(tǒng)硬件解決進行討論，將系統(tǒng)上的靜電放電效應劃分成以下三個部分：1. 靜電放電之前靜電場的效應2. 放電產(chǎn)生的電荷注入效應3. 靜電放電電流產(chǎn)生的場效應盡管印刷線路板（PWB，通常也稱之為PCB）的設計會對上述三種效應都產(chǎn)生影響，但是主要是對第三種效應產(chǎn)生影響。下面的討論將針對第三條所述的問題給出設計指南。通常，源與接收電路之間的場耦合可以通過下列方式之一減?。ㄟ@些通用方法也會在其它討論場的章節(jié)中提到）：1. 在源端使用濾波器以衰減信號2. 在接收端使用濾波器以衰減信號3. 增加距離以減小耦合4. 降低源和/或接收電路的天線效果以減小耦合5. 將接收天線與發(fā)射天線垂直放置以減小耦合6. 在接收天線與發(fā)射天線之間加屏蔽7. 減小發(fā)射及接收天線的阻抗來減小電場耦合8. 增加發(fā)射或接收天線之一的阻抗來減小磁場耦合9. 采用一致的、低阻抗參考平面（如同多層PCB板所提供的）耦合信號，使它們保持共模方式在具體設計中，如電場或磁場占主導地位，應用方法7和8就可以解決。然而，靜電放電一般同時產(chǎn)生電場和磁場，這說明方法7將改善電場的抗擾度，但同時會使磁場的抗擾度降低。方法8則與方法7帶來的效果相反。所以，方法7和8并不是完善的解決方案。不管是電場還是磁場，使用方法1 6與9都會取得一定的效果，但PCB設計的解決方法主要取決于方法3 6和9的綜合使用。下面詳細闡述通過方法3 6和9解決問題的六條實踐法則及其原因所在。一、保持環(huán)路面積最小任意一個電路回路中有變化的磁通量穿過時，將會在環(huán)路內感應出電流。電流的大小與磁通量成正比。較小的環(huán)路中通過的磁通量也較少，因此感應出的電流也較小，這就說明環(huán)路面積必須最小。應用這一經(jīng)驗的困難之處是如何找到環(huán)路。每個人都知道圖16中所示的環(huán)路，但要正確識別圖17中所示的環(huán)路則比較困難。 圖16 簡單的PCB回路 圖17 電源線與地線構成的PCB回路與其試著去找出所有可能的環(huán)路，還不如采取下列步驟來減小環(huán)路面積：A、 電源線與地線應緊靠在一起以減小電源和地間的環(huán)路面積。圖18示例說明了電源線與地線同集成電路連接的幾種不同方法。圖18 電源與地形成的環(huán)路面積的減小B、多條電源及地線應連接成網(wǎng)格狀。圖19和圖20說明了這一點：在這個典型的PCB設計中，PCB的一面布垂直線，而另一面則布水平線（此圖中僅畫出地線）。如圖19所示，這個典型的地線結構會使環(huán)路面積很大，可以在雙面板上添加一些連接線以減小環(huán)路面積，如圖20所示。網(wǎng)格構成的環(huán)路面積小得多，這將使感應電流很低，出現(xiàn)問題的可能性也較小。插在底板（或母板）PCB上的PCB板，應該有多個地線和電源線節(jié)點，且在連接器長度方向上均勻布置。這將有利于減小整個系統(tǒng)的環(huán)路面積。圖19 典型的PCB地線結構圖20 地線網(wǎng)格上述步驟A和B既可減小電源與地之間的環(huán)路面積，同時也可減小環(huán)路天線的效能，下面講的步驟C和D將降低天線及信號線的效率。C、 并聯(lián)的導線必須緊緊地放在一起，最好僅使用一條粗導線。圖21表明了這一原則。這就是說，地平面不應有大的開口，因為這些開口如同平行導線一般，其作用等同于環(huán)路天線。圖21 縮短平行路徑D、 信號線應與地線應緊挨著放在一起。在每根信號線的旁邊安排一條地線。不過，這也許會產(chǎn)生很多平行地線。為了避免這個問題，如前所述，可采用地平面或地線網(wǎng)格，而不采用單條地線。一個例子如圖22所示。在這里，假設由于某種原因信號線不能移動。圖22 信號線與地線緊挨著布線可在與信號線相對的一面上布置地線面，如圖23所示。實際上，將空余PCB部分填以地線面是個好辦法 。圖23 信號線與地線或地平面的分層布線E、 特別敏感的器件之間的較長的電源線或信號線應每隔一定間隔與地線的位置對調一下。對調的含義是將一根導線從上移到下面，或從左邊移到右邊，另一根導線則做相反的調整。圖24表明了這種方法與減小環(huán)路面積 的等同效果：對調有關導線后，只有較小的環(huán)路存在。F、 在電源線與地線間安裝高頻旁路電容。因為在靜電放電較低的頻率段，旁路電容的阻抗較低，在這些頻率處，旁路電容能有效減小電源與地間的環(huán)路面積。然而，在靜電放電較高的頻率段，由于寄生電感的影響，即使 是高頻電容，其作用也很有限。當然，電源線與地線彼此靠得越近，濾波電容的效果就越不明顯。因為環(huán)路面積已經(jīng)足夠小了。圖25和26說明了這種效果。即使在每個元件旁邊都安裝旁路電容器，圖25中的電路仍有很大的環(huán)路面積。圖25 安裝旁路電容器的大環(huán)路面積 圖26 安裝旁路電容的小環(huán)路面積圖26中所示的電路，由于將電源線與地線緊挨著放在一起布置，使得環(huán)路面積大大減小。然而，即使將電源線與地線并列分布，較長的導線仍會導致較大的環(huán)路面積。二、使導線長度盡量短天線要具有較高的效率，其長度必須是波長很大的一部分。這就是說，較長的導線將有利于接收靜電放電脈沖產(chǎn)生的更多的頻率成份；而較短的導線只能接收較少的頻率成分。因此，短導線從靜電放電產(chǎn)生的電磁場中接收并饋入電路的能量較少。使導線盡可能短是一個比是環(huán)路面積盡量小更容易實現(xiàn)的措施。因為它不象信號環(huán)路那樣不容易識別，環(huán)路面積的盡可能小不可能立即看到，而導線的長短則是很顯然的。有關設計步驟如下：a) 使所有元件緊靠在一起，PCB設計人員不應將元件過于分散而占用更多的面積；b) 在相關的元件組，相互之間具有很多互連線的元件應彼此靠得很近。例如，I/O器件是與I/O連接器盡量靠得近些；c) 如有可能的話，從線路板的中心饋送電源或信號，而不要從線路板邊緣饋送，如圖27所示，中間的饋送信號使大多數(shù)元件的連線最短。當線路板為正方形時，這樣做的效果最明顯，當線路板狹長時，效果則不很明顯。但只要可能，還是應該盡量這樣做。前面提出的PCB設計規(guī)則主要針對靜電放電電流產(chǎn)生的場效應。但值得注意的是，前面介紹的降低天線效率的方法，這也有助于防止共模噪聲轉化成會帶來更大麻煩的差模噪聲，這在本章開始列出的一般性方法的第9條中已提及過。之所以有這樣的效果，是因為前述的各種步驟都有助于減小各種PCB回路的阻抗差異。例如，規(guī)則一中的步驟D特別有用，因為這樣處理會使信號線與相關地線的回路阻抗幾乎相等。因此，串入到這兩條路徑中的共模噪聲在幅度上也很接近，產(chǎn)生的差模噪聲極小。另外，PCB設計也能采取措施減小由于靜電場和電荷注入所帶來的問題。下面講述的規(guī)則就與這個問題有關，你會發(fā)現(xiàn)有幾個規(guī)則與前述規(guī)則相同。三、盡可能在PCB上使用完整的地線面（建議采用多層板）前面已提到過，地線面有助于減小環(huán)路面積，同時也降低了接收天線的效率。地線面作為一個重要的電荷源，可抵消靜電放電源上的電荷，這有利于減小靜電場帶來的問題。PCB地線面也可作為其對面信號線的屏蔽體（當然，地線面的開口越大，其屏蔽效能就越低）。另外，如果發(fā)生放電，由于PCB板的地平面很大，電荷很容易注入到地線面中，而不是進入到信號線中。這樣將有利于對元件進行保護，因為在引起元件損壞前，電荷可以泄放掉。（然而，即使泄放到地的電荷也可能損壞器件，應采取措施加以避免）四、加強電源線和地線之間的電容耦合電源線與地線間的耦合通過兩種方式來實現(xiàn)，這在前面已經(jīng)提到過。A、 使電源線與地線靠得很近，或采用多層PCB板。這將在電源線和地線間產(chǎn)生更多的寄生電容。B、 在電源線與地線之間接入高頻旁路電容（電容組合方式可適用于靜電放電頻率較低和較高的場合）。電源線與地線間的耦合將有助于減小電荷注入問題。兩個物體之間由各個物體上電荷量的差異造成的電壓取決于兩者（V=Q/C）間的電容。如果X庫侖的電荷注入到電源線中，就會在電源線和地線間產(chǎn)生Y伏的電壓。如果電源線與地線間的電容增加一倍，X庫侖的電荷將僅僅產(chǎn)生Y/2伏的電壓。當然，這個較小的電壓造成損壞的可能性也相應減小。五、隔離電子元件與靜電放電電荷源在靜電放電效應的討論中，曾指出注入到電子儀器中的電荷可通過隔離來解決。對于PCB設計，這主要指將電子儀器與可能的電荷源隔離開，也與連接器端口或感應電流趨于集中的信號線相隔離?？刹扇∫韵聝蓚€步驟來進行隔離：A、 使電子元件與PCB走線遠離會暴露在靜電放電中的PCB部分（例如，操作人員可直接觸摸到的地方）。B、 使電子元件和PCB走線遠離會暴露在靜電放電中的任意一個金屬物體（包括螺釘、機架、連接器外殼等）。后一個要求小于下面的設計規(guī)則相關聯(lián)。六、PCB上的機殼地線的阻抗要低，隔離要好盡管PCB軌線上的阻焊層有利于隔離PCB走線，但阻焊層可能會導致插針孔發(fā)生電弧。A、 隔離機殼地線的最好方法是使之遠離電子儀器。另外，如果機殼地線的阻抗很低，靜電放電電流易于通過，就不會發(fā)生電弧。當然，如此迅速的電荷泄放會產(chǎn)生更強的場，但這比電荷通過電弧直接注入到電路中好得多。B、 機殼地線的長度不能超過其寬度的四或五倍。比這個比例更寬的地線僅能使其阻抗（電感）稍微減小，但是更窄的地線卻會使其阻抗大幅度增加。這個長寬比例意味著機殼地線必須很短才行，否則當?shù)鼐€增長時，其寬度要很寬。設計規(guī)則的優(yōu)先級至此，關于防止靜電放電危害的PCB設計技術的討論已告一段落。當然，有些時候，這些規(guī)則不能全部滿足。這時，必須有意識地對一些東西進行取舍。本章開始部分提出三類潛在的靜電放電危害可用于確定處理靜電放電問題的一般順序。通常是采用以下順序來進行考慮：1、 防止電荷注入到系統(tǒng)電路，因為這會造成損壞電路。2、 防止靜電放電電流產(chǎn)生的場帶來的問題。3、 防止靜電場。所幸的是，這些規(guī)則的大部分都是兼容的，在典型的PCB設計中，所有的問題都可以得到很好的解決。PCB設計指南總結對于靜電放電問題的解決方案，可按以下十二條規(guī)則來進行（按優(yōu)先順序排列）：1、 PCB上的非絕緣機殼地線必須與其他走線相距至少2.2毫米。這適用于連接到機殼地上的所有物體，包括軌線；2、 機殼地線的長度不應超過其寬度的五倍；3、 使未絕緣的電路與操作人員可觸摸到的PCB區(qū)域或未接地的金屬物體相隔至少2厘米以上；4、 電源線與地線要么并排平行地放在PCB的同一層上，要么放在相鄰的兩層；5、 地平面和地線必須連成網(wǎng)格狀。在任意一個方向上，垂直地線與水平地線至少每隔6厘米連接一次。尤其是雙面PCB板，也就是說，PCB板的第一層可以布水平的地線，而第二層可布垂直的地線，必須至少每隔6厘米放置一個過孔以將兩者相連（當然，在小于6厘米的地方進行連接是更好的，地平面比地線網(wǎng)格要好一些）；6、 所有信號線必須在地線面邊緣或地線以內13毫米以上。地線既可以布在與信號線相同的層，也可布在與之緊挨著的層上。如果信號線的長度達到30厘米或其以上，則必須在其旁邊放置一根地線，在信號線上方或其相鄰面上放置地線也是可以的；7、 電源線與地線之間跨接的旁路電容器，彼此之間的距離不能大于8厘米（這樣每片集成塊可能會有多個旁路電容相連）；8、 相互之間連線較多的元件要靠在一起；9、 所有元件必須盡可能靠近I/O連接器（注意，首先應滿足第3條）；10、將PCB的空余部分全部填以地線（應注意在每隔6厘米的地方進行連接以產(chǎn)生地線網(wǎng)格）；11、如可能的話，將饋送電源線或信號線從PCB板的邊緣中心處引出，而不應從某一個角上引出來。12、對于特別敏感且較長的信號線（30厘米或更長），應每隔一定間隔與其地線對調。注意：這些設計規(guī)則必須應用到系統(tǒng)內的所有PCB板上（例如主板及插在上面的板卡）。例如，當應用第2條時，機殼地線長度包括母板與子板所有地線的長度之和。5 電纜設計指南靜電放電（ESD）會產(chǎn)生靜電場效應，電荷注入效應和靜電放電電流產(chǎn)生的場效應，這在第四章已論述過。正確地布置系統(tǒng)電纜和進行屏蔽設計可有助于解決這三種效應帶來的問題。本章中將討論如何處理系統(tǒng)電纜來解決靜電放電問題。在討論系統(tǒng)電纜的處理時，為方便起見，將第四章中所提出的三種靜電放電效應重新整理成以下兩條效應：* 輻射噪聲效應* 傳導噪聲效應輻射噪聲包括泄放電流產(chǎn)生的靜磁場，電場和磁場。傳導噪聲包括直接的電荷注入以及電場和磁場感應的電流。當然，在實際情況下，這些效應并不是彼此獨立存在的。但為了簡化討論，我們分別考慮每一種效應。首先討論電纜的屏蔽或衰減及傳導問題，20kV的電壓在空氣中的放電距離可達2cm。所以，為了防止電荷注入到電子線路中，設計人員可以采取以下三種措施：A) 設計設備時，采取措施使操作員不能到達距離電子線路2cm之內內，或接觸與電子線路相距2cm以內的未接地金屬物件；B) 將所有電子電路用比空氣更好的絕緣物質進行絕緣處理；C) 提供一個除了電子線路以外的另一個電荷注入對象。上述措施1與2將在第六章中著重討論，因為這與屏蔽機箱的設計聯(lián)系很緊密。而措施3主要取決于系統(tǒng)電纜的設計。如第二章所述，靜電放電對象必須有一條到地的路徑以消除靜電場。到地的路徑必須保持低阻抗。否則，可能有電弧通過電子線路形成的更低阻抗的通路。為了獲得低阻抗路徑，最重要的是必須保證系統(tǒng)電纜的阻抗較低。對于多數(shù)系統(tǒng)，電纜線阻抗相當?shù)?，不過高頻時由于趨膚效應，阻抗會有所增加?？杉哟箅娎|芯線的表面積來緩解這一問題（這將在以下電纜屏蔽的講述中進一步討論）。引起電纜阻抗增加的另一個原因是連接點處的接觸阻抗。連接點處的的銹蝕可以產(chǎn)生與趨膚效應差不多的阻抗作用，為了防止銹蝕并使電纜的阻抗較低應考慮以下幾個準則：A) 彼此接觸的物體應在電化學序列上相容在潮濕的環(huán)境中，電勢不同的金屬物體間會發(fā)生電化學腐蝕，其程度取決于接觸物件的電勢差的大小。電勢差越大，腐蝕就越嚴重。表1給出了部分電化學序列表，應當注意的是，每一項中所列的電動勢有時可能會發(fā)生變化。例如，鈹銅有時可與鋁配合使用。根據(jù)環(huán)境的不同，可允許電動勢有較大的波動，在惡劣的海洋環(huán)境中，允許的電勢差不應超過0.25V。一般情況下，除了與鋁搭接外，電勢差保持在0.75V以下是沒以問題的。例如，鍍鋅鋼板機殼很容易用黃銅接線片與銅接地導線相連。表1 電化學序列表 金 屬電動勢（伏特）金 屬電動勢（伏特）金 屬電動勢（伏特）鎂+2.37鉻+0.74鉛+0.13鎂合金鐵