工業內窺鏡的靜電問題解析 - SEESEM西森姆

工業內窺鏡檢測是無損檢測中目視檢測的一種，可在不需拆卸或破壞結構的情況下，對發動機、管道等各種零部件或總成件內部實施檢測，被廣泛應用于航空、汽車、船舶、電氣、化學、電力、醫療、建筑等現代工業領域。

工業內窺鏡作為一種電子產品，在生產、組裝、測試、存放、搬運等過程中，都有可能產生靜電并累積在人體、設備或元件中。與帶靜電物體接觸形成放電路徑，可能會瞬間損壞電子元件或系統，如同云層中儲存的電荷，可瞬間產生劇烈閃電而造成巨大破壞。靜電給電子產品帶來的危害主要有以下三點：

1、靜電吸附灰塵，降低元器件的絕緣電阻(縮短壽命)。 ?

2、靜電釋放(ESD)破壞，造成電子元件不能工作。有些電子元器件也能承受靜電破壞的靜電電壓，但大部分器件的靜電破壞電壓都在幾百至幾千伏，而在干燥的環境中人活動所產生的靜電可達幾千伏到幾萬伏，此時電子元器件就無法承受了。

3、靜電放電產生的電磁場幅度很大(達幾百伏／米)，頻譜極寬(從幾十兆到幾千兆)，對電子產品造成干擾甚至損壞(電磁干擾)。 

那么如何防止靜電放電損傷呢？我們可以改變壞境從源頭減少靜電(比如減少摩擦、少穿羊毛類毛衣、控制空氣溫濕度等)，但這不是我們今天討論的重點。

如何保證設備不受靜電干擾與影響，在產品的設計與PCB Layout中采用合理有效的保護電路及防范措施，實現電路自我保護以避免被靜電損壞？

一、前端探頭部分靜電的防護與處理

工業內窺鏡往往需要在高溫、高濕、高輻射等較為惡劣的環境中工作，甚至會有數十千伏的靜電存在。前端探頭部分包含光學鏡頭系統，圖像傳感器，及圖像處理系統。光學鏡頭部分負責拾取并處理圖像，是整個產品的核心部件之一。而鏡頭部分的圖像傳感器，以及圖像處理電路是對靜電極其敏感的器件，如設計不合理，勢必導致圖像斷續、死機，甚至圖像傳感器及其他電路完全損壞等。

二、信號傳輸部分靜電的防護與處理

管線是工業內窺鏡的重要組成部分，主要功能是信號傳輸，將探頭拾取的圖像信號傳輸到主機。

1.信號線的要求

對于AV信號，首先信號線做75歐姆的同軸阻抗匹配，使AV信號在傳輸過程中盡可能降低損耗，提高抗干擾能力，然后將AV同軸信號線連同電源以及光源驅動等其他信號線纏繞，最后加編織屏蔽網，更好的屏蔽外界的干擾，有效阻止靜電的侵入。

對于高速USB信號，同樣首先將USB信號線做90歐姆差分阻抗，同樣使信號在傳輸過程中盡可能降低損耗，提高抗干擾能力，其余參考AV信號線做法。

對于使用到的MIPI信號，情況更為特別，相對于其他信號線這里需要特別注意兩點，第一，同樣有1組或多組100歐姆的差分阻抗線，參考USB線的做法；第二，其中還有一組高速時鐘線也需要單獨屏蔽。這里以MIPI信號線的示意圖為參考，如圖。

通過上訴措施，將信號的傳輸與匹配做好，加上屏蔽有效阻斷靜電對信號的干擾。

2.同樣最外層的高強度四層雙鎢合金編織網管，對內部的線材有保護作用，可以減少靜電對管線的損害。

3.在信號線的輸入處于輸出處均加上合理的TVS管，使無論來自任何一端的靜電的無法疊加到信號線上，同時也保護了兩端的芯片與電子元件。

三、主機部分的靜電的防護與處理

主機部分是工業內窺鏡的核心部分，包含視頻處理，屏幕驅動，電源，按鍵輸入等電路，同時也是最容易受靜電干擾的部分，下面介紹一下為防范靜電的干擾都做了哪些處理。

1、對于工業內窺鏡靜電容易引入的位置有充電口，電池連接端口，Micro HDMI接口，按鍵輸入端，屏幕外殼，螺絲等，針對以上容易引入靜電的地方電路均采用雪崩二極管保護法，并采用高性能的保護器件—ESD5451N，RClampTM0524P等。

同樣所有關鍵器件均采用采用有鉗位二極管的CMOS器件或者TTL器件，以及電路多處采用高壓電容，去耦電容，磁阻等保護器件。