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工业内窥镜的静电问题解析 - SEESEM西森姆

作者:超级管理员 发布时间:2021-12-07 13:39:41 浏览人数:253 关键词:工业内窥镜

工业内窥镜检测是无损检测中目视检测的一种,可在不需拆卸或破坏结构的情况下,对发动机、管道等各种零部件或总成件内部实施检测,被广泛应用于航空、汽车、船舶、电气、化学、电力、医疗、建筑等现代工业领域。

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工业内窥镜作为一种电子产品,在生产、组装、测试、存放、搬运等过程中,都有可能产生静电并累积在人体、设备或元件中。与带静电物体接触形成放电路径,可能会瞬间损坏电子元件或系统,如同云层中储存的电荷,可瞬间产生剧烈闪电而造成巨大破坏。静电给电子产品带来的危害主要有以下三点:

1、静电吸附灰尘,降低元器件的绝缘电阻(缩短寿命)。  

2、静电释放(ESD)破坏,造成电子元件不能工作。有些电子元器件也能承受静电破坏的静电电压,但大部分器件的静电破坏电压都在几百至几千伏,而在干燥的环境中人活动所产生的静电可达几千伏到几万伏,此时电子元器件就无法承受了。

3、静电放电产生的电磁场幅度很大(达几百伏/米),频谱极宽(从几十兆到几千兆),对电子产品造成干扰甚至损坏(电磁干扰)。 

那么如何防止静电放电损伤呢?我们可以改变坏境从源头减少静电(比如减少摩擦、少穿羊毛类毛衣、控制空气温湿度等),但这不是我们今天讨论的重点。

如何保证设备不受静电干扰与影响,在产品的设计与PCB Layout中采用合理有效的保护电路及防范措施,实现电路自我保护以避免被静电损坏?

一、前端探头部分静电的防护与处理

工业内窥镜往往需要在高温、高湿、高辐射等较为恶劣的环境中工作,甚至会有数十千伏的静电存在。前端探头部分包含光学镜头系统,图像传感器,及图像处理系统。光学镜头部分负责拾取并处理图像,是整个产品的核心部件之一。而镜头部分的图像传感器,以及图像处理电路是对静电极其敏感的器件,如设计不合理,势必导致图像断续、死机,甚至图像传感器及其他电路完全损坏等。

二、信号传输部分静电的防护与处理

管线是工业内窥镜的重要组成部分,主要功能是信号传输,将探头拾取的图像信号传输到主机。

1.信号线的要求

对于AV信号,首先信号线做75欧姆的同轴阻抗匹配,使AV信号在传输过程中尽可能降低损耗,提高抗干扰能力,然后将AV同轴信号线连同电源以及光源驱动等其他信号线缠绕,最后加编织屏蔽网,更好的屏蔽外界的干扰,有效阻止静电的侵入。

对于高速USB信号,同样首先将USB信号线做90欧姆差分阻抗,同样使信号在传输过程中尽可能降低损耗,提高抗干扰能力,其余参考AV信号线做法。

对于使用到的MIPI信号,情况更为特别,相对于其他信号线这里需要特别注意两点,第一,同样有1组或多组100欧姆的差分阻抗线,参考USB线的做法;第二,其中还有一组高速时钟线也需要单独屏蔽。这里以MIPI信号线的示意图为参考,如图。

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通过上诉措施,将信号的传输与匹配做好,加上屏蔽有效阻断静电对信号的干扰。

2.同样最外层的高强度四层双钨合金编织网管,对内部的线材有保护作用,可以减少静电对管线的损害。

3.在信号线的输入处于输出处均加上合理的TVS管,使无论来自任何一端的静电的无法叠加到信号线上,同时也保护了两端的芯片与电子元件。

三、主机部分的静电的防护与处理

主机部分是工业内窥镜的核心部分,包含视频处理,屏幕驱动,电源,按键输入等电路,同时也是最容易受静电干扰的部分,下面介绍一下为防范静电的干扰都做了哪些处理。

1、对于工业内窥镜静电容易引入的位置有充电口,电池连接端口,Micro HDMI接口,按键输入端,屏幕外壳,螺丝等,针对以上容易引入静电的地方电路均采用雪崩二极管保护法,并采用高性能的保护器件—ESD5451N,RClampTM0524P等。

同样所有关键器件均采用采用有钳位二极管的CMOS器件或者TTL器件,以及电路多处采用高压电容,去耦电容,磁阻等保护器件。

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