防静电腕带和电脑之间真的应该有1 MΩ的电阻吗?

电器工程 接地 静电放电 地平面 抗静电 静电
2022-01-16 14:59:49

我之前的问题:到底是什么通过主板支架接地?

答案表明,PC 机箱有两种接地方式:

  1. 通过黄铜支架连接到主板的接地层。
    • 接地层通过 24 针电源连接器的接地线与 PSU 接地。
  2. 到 PSU 外壳,通过螺丝。(如果 PC 机壳和 PSU 机壳都未上漆,则为面对面。)
    • PSU 外壳和内部部件接地到接地插脚。

Q1:到目前为止这是正确的吗?

戴尔等 OEM 建议“触摸未上漆的金属表面”。因此,当您触摸外壳时,您将直接与:

  • 案子
  • 僵局
  • 主板接地层

但是,当您将防静电腕带连接到外壳时,您和外壳之间会存在 1MΩ 电阻,因为几乎每个腕带随附的线圈线中都有 1MΩ 电阻。

所以,显然,触摸外壳,没有电阻,是好的。但腕带应通过电阻器连接。这是矛盾的。

Q2:可以通过没有电阻的线圈线与外壳粘合,对硬件组件有任何伤害吗?

4个回答

需要 1meg 电阻器来保护用户免受连接到电源接地的其他设备的故障。

请记住,腕带是与建筑物电气系统的永久连接。如果另一台设备发生故障,则可能会有很大的故障电流通过电源接地线系统。这意味着,在不幸的情况下,电源接地端子可能会达到危险的电位。在这种情况下,1Meg 电阻器将通过用户的地线电流限制在安全限值内。

例如,请参阅有关 Earth Potential Rise 的这篇 Wikipedia 文章

摘抄:

大地的电阻不为零,因此在接地电极处注入大地的电流会相对于远处的参考点产生电位升高。由此产生的电位上升可能导致危险电压,距离实际故障位置数百米。

因此,接地线系统(和您的手腕)由于其低电阻,与故障电流进入地面的点的电位大致相同,而您的脚(距该点数百米)处于较低电位. 没有那个 1Meg 电阻器:ZAPP !!!

编辑(以解决反对意见并澄清我的回答)

由于我的回答在评论中引起了一些反对票和一些批评(不一定相关,至少显然不是),我觉得有必要澄清一些事情,但我也想提醒反对票的人:反对票的用途:没有用的答案,不是主题或明显错误的答案。

首先:有人告诉我,由于我所说的原因,监管不需要 1Meg 电阻器。我的回答:我从未说过我的解释与某些规定有关(我什至不知道腕带有具体规定——顺便说一句,我想看看一些参考资料),但我承认我本可以更多明确的。

第二:正如我在评论中所写,我承认我的情况不太可能,例如,触摸带电电线或快速放电可能导致问题的 ESD 事件。然而,正如有人在评论中所说,你只死一次!电力系统的故障确实会发生,而且它们通常不受您的控制,因此您身边的任何关注都无法阻止它们,您只能(尝试)防止后果。因此,我描述的场景是,IMO,非常值得考虑(所以它是主题并且很有用)。而且,标题中的问题是防静电腕带和电脑之间真的应该有1 MΩ的电阻吗?,而不是类似为什么法规在那里强加一个电阻器?或者放置电阻器的最可能情况是什么?.

为了进一步说明我的观点,您可以在 Wikipedia 上查看有关杂散电压的这篇文章并非所有内容都与我所说的直接相关,但通过地面的中性返回电流的部分是。摘录(强调我的):

引入电动挤奶机一段时间后,杂散电压成为乳制品行业的一个问题,大量动物同时与接地到配电系统和大地的金属物体接触大量研究记录了农场环境中杂散电压的原因、[11] 生理效应、[12] 和预防 [13][14]。今天,农场的杂散电压由州政府监管,并通过牲畜吃、喝或喂奶的区域的等电位平面设计来控制。市售的中性隔离器还可以防止公用系统中性线上的高电位升高农场中性线或地线的电压

(我没有时间搜索涉及停飞人类而不是停飞奶牛的文章,但您明白了。)

底线:将人体连接到任何可能升高电位的低阻抗路径都是危险的危及生命,因此应采取适当的安全措施。

您有两个您认为相关的问题,因为它们都涉及接地连接。但是问题不相关!

Q1) 来自电源的返回电流流过的实际接地连接是 ATX 电源连接器上的黑线。事实上,机箱也通过螺钉连接到主板,但这种连接对于正常操作不是必需的。您也可以使用没有此连接的主板,例如在安装到机箱之前对其进行测试时。

但是 ATX 连接必不可少的。然后 ATX 电源在您的电源插座中提供接地连接。

Q2)这是用于 ESD 放电,几乎不需要电流流动,因为它只涉及电荷水平的平衡。突然的 ESD 放电会损坏组件。一个 1 Mohm 电阻器是一个足够低的电阻,可以平衡电荷水平。

所以 1 Mohm 电阻不会以任何方式阻碍 ESD 保护!

它确实提供了额外的安全性。如果没有那个 1 Mohm 电阻并且您会接触到带电电压(如电源电压),那么电流将很容易流过您和腕带。电流可以达到危险水平!串联的 1 Mohm 电阻器将此路径的电阻增加到安全水平。如果您触摸火线,您可能会感到“刺痛”,但由于电阻,电流不会达到危险水平。

所以:电阻是保护用户的安全措施,就是你!

EOS/ESD预防经验

可接受范围为 1M 到 10 M 的原因是为了限制腕带的静电放电。此外,它还降低了电流到带电电压。


- - 添加

*尽管对于线路滤波器等而言,IEC/UL 可接受的 Vac 线路电压为 500uA,因此可以推断腕带可以在相同的安全限制下降低到 240k,但不适用于 EOS 敏感部件。所以你可以说这两个原因,但保护的主要原因是EOS敏感部分,否则为什么不是10M?还是22M还是50M?* 这对人类来说会更安全,但这不是“EOS 保护工作场所”的主要目的,但工作场所安全也很重要。


  • 它通过将体电荷缓慢释放到与 1M 电阻器钳位到的外壳或接地参考相同的电位来实现这一点,而静电荷可能由运动或体电容变化产生,固定电荷 V=C/Q。
  • 因此,例如,考虑一个 10000 pf 体表以 10kV 充电杂散空气,然后连接到 1M 限流电阻器,我们可能期望 10k/1M 或 10mA 衰减时间为 1M*10nF=10ms,这比预电离更快时间,所以电阻可能会被绕过。但是在它一直连接的情况下,充电速度 dV/dt 比放电时间慢得多,因此体电荷水平保持在相对较低的水平。
  • 同时,100-300pF * 1M = 100u-300us 衰减时间的指尖模型使带有腕带的手指从部落电效应中更快地放电,因此将 1kV 的瞬时电荷限制在 1mA。

    要亲自验证这种理解,请回想一下您用钥匙或手指听到的电流对金属 ESD 放电的冲击,并比较您因表面电阻而接触接地树(不是油漆或塑料)的体验,您可能不会有任何感觉,但这可能足以损坏具有 25V BDV 的未受保护的微波 FET,但您的经验告诉您串联表面电阻限制了电流。

为了防止静电过应力或 EOS,所有表面都必须是“静电耗散”的,以防止快速放电。

另一个原因是将潜在的电离放电时间从 5-100 皮秒减少到 5-100 皮秒,当 CMOS 输入连接到长电缆(天线)时,产生的电场瞬变比 ESD 二极管的响应速度要快。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

出于同样的原因,地板和工作台面需要每平方 \$10^{10}\$ 欧姆。

  • 众所周知,在一个地方的电场放电可能会通过一条长的接地路径传导并从该路径辐射,从而在取决于放电上升时间的频率下,从互连到敏感部件的天线效率中损坏非常敏感的部件。

  • 我看过照片,许多期刊研究人员证实,手指 ESD 的电流转换时间可能低至 5-10ps,已被捕获。这转化为至少 f=1/3t 或大约 25-50GHz 的连续傅立叶光谱,其在上限范围内具有相应的非常短的波长。

因此,任何长度都可以有效地捕获一些瞬态字段,因此 EOS 是不安全的。由于接触面积很小,我们仅对 100pF 或 300F 的人体手指电容进行评级。但实际上,在两只手之间,我们可以使用 RLC 仪表进行测量,而使用探头的“良好接触面积”可以轻松测量 100 倍以上的电容。因此,在干燥的尘土飞扬的地板或带钥匙的酒店尼龙地毯上行走产生的 ESD 可以产生 30kV 或 ~3cm 的健康电弧,并在整个房间内产生良好的电击和辐射。由于 RF 特性和物理特性,不能保证击穿任何未受保护的 Semi,也不能保证它不会“受伤”,类似的击穿率(以 kV/mm 为单位)现在衰减到较小的水平和距离,但 mV/ 的比率仅略高一些nm 的带电介电结击穿电压 (BDV) 跨越 xx nm。

这也是未来 CPU 中摩尔定律光刻收缩的限制。如果结变得更小,它可以接近 xx mV/nm 额定值的硅的 BDV 水平。

  • 对于半导体工艺工程师来说,在制造带有摩擦带电材料的半导体时避免 ESD 也是一个巨大的挑战,例如硅和砷化镓蒸汽过热沉积在结上
  • 当没有腕带时,一个风险但有效的替代方法是,在将 PCB 接地片交给其他人之前,要注意摩擦电表面、放电表面和所有静电敏感设备,并在握住 PCB 接地片的同时触摸手指。
  • 或者,在更换部件时,始终至少将一根手指放在 PC 外壳上,以保持与外壳内部接地的 PCB 相同的电场强度。
  • 或者用您的 1M“校准”指尖(使用 DMM 或 RLC)轻轻触摸接地表面,在此之前不要触摸您的面包板,然后注意创建 E 场是多么容易。
  • 在我在电子工厂实施 EOS 预防之前的 40 年经验中,我可以告诉您重置摩托罗拉仿真器或 Apple ][ 距离 ESD 10m 有多么容易。实验室被一个接地的笼子(天线)包围,当时在 80 年代,尼龙商业地毯用氯丁橡胶鞋底制作了出色的 ESD 发生器。(咸皮更好)

大多数 MOBO 使用绝缘支架,少数使用导电支架,因此接地连接是通过 DC 插头到 ATX PSU 到外壳接地,其中接地是外壳的本地参考。当连接到电源插座时,本地外壳接地通过家庭布线连接到大地,但非常有感性,因此外壳是最好的屏蔽。

(除了长的 IO 电缆,特殊情况要注意它们可以携带摩擦电摩擦产生的 ESD 电荷)

- 示例当我担任 TE 经理时,技术人员将 10m SCSI 电缆拖到干燥的混凝土地板上(有灰尘),并在最终测试中连接到塔,并从 ESD 吹掉 SCSI 驱动器,直到我们训练他们在连接前接触连接器外壳和框架。

在处理任何对静电敏感的物体(电路板、芯片等)之前,“赤手触摸”会使您的身体瞬间放电。使用腕带将持续排出所有静电荷,并保护您免受触碰任何物体的伤害。

如果您可以用一只手做任何事情,那么触摸计算机的外壳与使用腕带完成基本相同的事情,只是您不会像使用适当的静电耗散腕带那样受到电击保护。