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铜屏蔽编织套和 ESD 保护

作者： Clive "Max" Maxfield 2021-06-18

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工程

电路保护

互连

我之前写过一篇关于静电放电 (ESD) 的博客《不要被 ESD 电到！》，其中描述了我作为一名年轻工程师是如何认识到这种现象的危险性的。遗憾的是，部分基于乐观的错误信念，即由于现代电子元器件的制造商已经采取措施来保护其免受 ESD 影响，因而我开始放松警惕。

令人难过的是，一道闪电带来的强大 ESD 摧毁了我的“幻觉和教育学预测引擎”（不要问这是什么）业余项目，毫不留情地揭示了我的做法错误。在这次灾难之后，我很快更新了我的个人抗静电守则和预防措施。

我购买了一个大的静电耗散接地垫，例如 ACL Staticide 的 6672436，还有其他东西。我还购买了许多抗静电腕带及相关线缆，例如 SCS 的 ECWS61M-1 组合，以及同样数量的接地插头适配器，例如 Desco 的 09838 单元。

在之前的专栏文章中我还指出过，您可以拥有世界上的所有抗静电垫、腕带和接地插头适配器，但如果接地不正确，它们就不会发挥什么作用。这方面我也有过惨痛的教训，虽然电源板上的 LED 可能发着让人舒心的光，但您永远不知道墙壁插座本身何时出现故障。因此，我强烈建议斥资购买一台电源插座测试仪，例如 Klein Tools 的 RT210。

关于那个“预测引擎”，当在下方机柜中连接拨动开关、按钮开关、电位计和 LED 时，在发生意想不到的 ESD 事件之前，我可能会使用各种常规 22 AWG 绞合电子线。在发生 ESD 事件之后，作为一个更老成、更聪明的人，我选择使用四导线屏蔽电缆，例如 Belden 的8723 060100 22 AWG 电缆（图 1）。

图 1：预测引擎下方机柜中的所有接线都使用多芯屏蔽电缆。（图片来源：Max Maxfield）

结果是，我预计只需要几个小时的接线任务，最终花费了我数天时间。例如，看看图 1 左下侧，可以看到其中涉及多段屏蔽电缆，每段长度约为 1 英寸。我相信经验丰富的技术人员应该很快就能完成这项工作。

好的一面是，如果将来有人询问我关于抗静电持何立场，我会把他的头塞到预测引擎的背面，让他放心我已做好万全准备。

等等，这还没完。我还购买了一卷背面有粘性的铜带，例如 3M 的 1181 X 1"。为了炫耀我那新型炫酷的抗静电腕带，我将这种胶带缠绕在微控制器开发板的电源线以及仪表外壳的电源线和信号线上。在这两种情形中，我都增加了将铜箔连接到接地的电线（图 2）。

图 2：预测引擎上方机柜中的微控制器板以及从板到仪表外壳的电源线和信号线，现在均包裹在导电铜带中，铜带本身接地。（图片来源：Max Maxfield）

这样使用铜箔胶带有几个优点，最重要是可以将它应用于现有线束而无需断开连接。遗憾的是，虽然我相信经验丰富的技术人员可以使用这种铜箔胶带，做出的效果让见者赏心悦目，但我的尝试最终看起来还是一团糟。

铜屏蔽编织套来救场

我同一位名叫 Rick Curl 的朋友聊到这个问题，他告诉我可以考虑另一种解决方案，那就是铜屏蔽编织套。仿佛命运的安排，当时 Rick（现已退休）工作的公司生产测试设备，这种设备是用于承载数十万伏电压的电力传输线。该公司购买了某种形式的 RG/8 同轴电缆，电缆护套就是这种编织套，但他们只需要内部导线，所以去除了编织套并扔掉了事。因此，几天后，Rick 来到我的办公室，并赠予了足够我后半辈子使用的编织套。您可以在图 3 中看到我自豪地拿着新的 ESD“杀手”。

图 3：非常兴奋地得到一辈子都用不完的铜屏蔽编织套。它不仅是 ESD“杀手”，对于防范趋肤效应的 RF 接地也非常理想。（图片来源：Max Maxfield）

铜屏蔽编织套的奇妙之处在于，除了防止 ESD 之外，它对于 RF 接地也很有用。这是因为趋肤效应，在较高频率下，电流倾向于在导体表面上流动，而不是穿过整个横截面。编织套具有比同一规格的实芯（甚至绞合）线大得多的表面积。

因此，我立即使用新到手编织套，来保护所有主电源 (5 V) 和信号线。最棒的是，一旦将电线穿过编织套，您就可以拉动编织套的末端以减小其直径，使其紧紧包住所保护的电缆（图 4）。

图 4：除了对防止 ESD 极其有效之外，铜屏蔽编织套还可以通过拉紧，使之整齐地贴合所保护的电缆，电缆外观看起来也顺眼很多。（图片来源：Max Maxfield）

如果仔细看，可以看到我将几段短线焊接到每段编织套的一端，以使其接地。另外，我在每段编织套的两端使用了短热缩件，以防止其磨损。

对于那些没有途径获得回收铜屏蔽编织套的人，我要高兴地告诉他们，这种好用的产品可从市场购得，而且有不同直径，例如 Techflex 的 MBC0.50CP25 0.5 英寸直径管状接地编织套。

总结

对于刚刚开始职业生涯的年轻工程师来说，除了建议他们注意并从其他人的错误中学习之外，我给予的忠告之一就是一直要有一个业余项目在进行。就我自己来说，业余项目让我有机会思考工作以外的东西，从而得到放松，而且在业余项目上的投入总是能让我了解到各种有用的东西。在“预测引擎”项目上，我学到了比我原本想知道的更多的 ESD 知识，同时我也接触到了将来会受用的各种工具、材料和技术。

关于此作者

Clive "Max" Maxfield 于 1980 年在英国谢菲尔德哈兰大学获得控制工程理学学士学位，并开始了他的大型计算机中央处理器 (CPU) 设计职业生涯。多年来，Max 从事过从硅芯片到电路板，从脑电波放大器到蒸汽朋克幻想引擎（不要问）等各种产品的设计。同时，他还在电子设计自动化 (EDA) 的前沿领域浸淫 30 余载。

Max 是多本书籍的作者和/或合作者，包括《Designus Maximus Unleashed》（在阿拉巴马州被禁止）、《Bebop to the Boolean Boogie》（非常规电子指南）、《EDA: Where Electronics Begins》、《FPGAs: Instant Access》和《How Computers Do Math》。浏览他的“Max’s Cool Beans” 博客。