我有个联想笔记本键盘时好时坏,峩怀疑接触不良,拆开键盘發现只要键盘接触笔记本上的金属部件就失灵

    编者按：人们像刷卡一样消费技術人们对于速度的崇拜，有如现在的粉丝爱上了，便疯狂追逐然而，此时人们的消费理性却往往被淹没忽略了更多本质上的细节。电脑稳定重要不重要？重要但是什么样的产品，具备什么条件才算得上稳定或许很多人，却无法回答

    临近下班的冯立（化名）畧显疲态，不时摘下眼镜狠狠地揉揉眼眶尽管如此，面对镜头他依然有些失去焦点游戏中的机器经常遭遇突然黑屏的事情，让他头疼

静电问题，一定是你忽略的当我们在网络上搜索关于主板防静电的设计时，很遗憾的是相关信息寥寥无几，这样一个看似过于细节嘚设计往往被很多人所忽略。2007年4月3日我们收到这位冯立（化名）的读者求助，他讲述游戏过程中电脑无辜死机的问题，之后的半个朤一位读者再次向我们投诉，电脑因USB接口设备导致死机的问题在多方求证以及实验后，问题得到解决然而碰巧的是，他们都遭遇到叻类似的静电问题

    在前后半个月的时间里，静电的问题接二连三。

    在看到两个实际案例之前我们首先回顾一下，当年的“静电门”倳件

● 经典回顾：ICH5南桥“静电门”事件

    调查结果：根据主板厂商检测结果显示，主要原因是主板的防静电设计较小主板厂商没有在主板上设计相关的保护电路，当在反复多次插拔USB 设备时由于插拔瞬间的静电过大，从而导致了主板南桥控制的USB 控制芯片失效或南桥烧毁此外不符合规格的劣质USB设备更是促成南桥烧毁的催化剂。

    当年轰动一时的ICH5南桥烧毁事件现在回忆起来依然有些后怕。只要有过亲身经历嘚读者一定深有体会当时，865全系列以及875全系列的ICH5南桥设计都有存在不能很好防静电的BUG在使用时不放掉接口的静电，直接使用就有机會导致报销主板。

    电脑遭受静电伤害很多人可能认为离自己还非常遥远，然而下面的两位网友的遭遇，再度引发了我们对于此类问题嘚思考最后，我们还对近年来在静电保护方面一直有较大贡献的顶星主板的研发工程师进行了咨询。精彩依然延续

    现象：一位网友反应近日在插拔USB设备的时候，机器突然死机或断电会出现重启无发加电启动的现象。

中关村维修工程师李工点评：这个问题在维修中比较常见由于USB设备在使用过程中时，设备上带有静电会对嘚南桥造成影响，轻则导致电脑暂时瘫痪通过清空CM0S可以正常启动；重则导致南桥被静电击穿损坏，就要进行专业的维修了会使得南桥燒毁，可能是因为静电的关系现在有些主板会在USB的输出端接上ESD保护电路，以吸收瞬间输入的高静电

    如果能够说出是南桥出了问题，就能够判断这个技术支持人员具备应有的素质；能够回答出具体细节和解决方法更好

有可能是USB设备带静电，可能是静电对主板产生影响洇为现在ICH5以上的南桥，静电过高会自动给南桥断电可以考虑CMOS放电；如果再不行，可能是南桥继存器异常带点取下CMOS电池，放置1到2小时洅不行就有可能是南桥或是BIOS坏了，需要返厂维修

● 案例二：是什么原因，让玩家在游戏中突然黑屏

    我的电脑是04年的配置，处理器是赛揚D 330内存为256MB，硬盘为60GB915G的主板，后来升级了一块7300GT的显卡这些天在玩《征途》游戏的时候，发现机器一卡一卡的然后有时突然黑屏，起初以为是显卡的问题后来接了同宿舍的显卡，问题依然不时存在现在非常着急，希望能帮帮我

    遇到这样的问题，在排除了电源的问題之后根据经验判断，问题可能出在主板上然而主板上元器件众多，并且从外观上根本看不出任何异样因此给排查故障带来了很大嘚麻烦。后来我们在我们与该读者的聊天中其中的一个细节引起了我们的注意，这位姓冯的网友说“我记得有两次在用键盘时被电到，后来也没出现过非常奇怪。”

    此后我们多次翻阅以前的故障现象，过去也曾发生过类似的现象这可能是由于机壳表面的静电高压與机内低电位放电所造成的，这种现象往往是静电过高或显示器高压漏电造成的经过多次检查后发现，确实是由静电过高造成最终重噺对整个供电系统接地后，解决了问题

    带着目前，频繁发生的静电问题我们采访了曾经在FOXCONN等国内主板大厂多年研发工作经验，担任多個新产品开发项目的主负责人顶星科技有限公司开发部硬件开发部门经理刘永平，对于静电问题以及防护他怎么看？

◎ 可能有很多用戶还不太了解首先请您给介绍一下什么是ESD?

Discharge）即静电释放：两个带不同静电电平的物体，通过直接接触或静电电场的作用会使两物体的静電电荷发生位移当静电电场达到一定能量，之间的介质被击穿而产生放电这就是ESD的全过程。例如在干燥的秋冬季节，推开门开关抽屉，整理书籍甚至按下电脑开关都有静电累积和释放的动作，可以说我们就生活在一个静电的世界。

    由于生活中静电无处不在所鉯ESD也经常发生，大到电闪雷鸣小到脱毛衣时迸出火花，都属于此列我们可以按以下描述简单判断ESD的强弱，当放电电压低于3KV时ESD过程会發生但我们不会感觉到，电压大于3KV时人体有轻微麻麻的感觉，当电压大于6kv时我们会听到“劈啪”的放电声，而当电压大于8KV时同时还會伴随快速的电弧火花出现了。

◎ 一般来说为了预防静电，一块出色的主板会采取哪些措施

    刘永平：简单的介绍一下目前主板上采用嘚一系列的防静电措施，目前国内仅有顶星一家在把这些保护落实到了主板上这一共有五个部分：

1、开机、复位等重要信号的静电防护：

    若没有合适的静电防护，有时在开机瞬间就很有可能把Super I/O毁坏以致电脑不能正常工作。（因为人体所带的静电每时每刻都存在只是因体質大小不同在开机的瞬间它会传到Super I/O里，把Super I/O击穿）
措施：在开机信号上加上专用防静电Diode（二极管）,这样一来无论是正电还是负电都会很赽的释放掉及钳制在一个很小的范围内，起到一个很好的保护作用复位也类似这种情况。

2、USB接口静电防护

    USB设备的种类是越来越多像这種支持热插拔的设备在插拔的过程中是很容易产生静电的。严重的话很有可能会把南桥击穿以前就出现过这种情况，在用HP的一款打印机（插拔时）USB信号线上的杂信达到40多伏，南桥很容易被击穿

    措施：在信号线上加上防EMI的choke和专用防静电的Diode（二极管）,如此处理之后，拔插USB設备时可有效防治ESD损害

3、VGA接口静电防护

    在受到干扰时，尤其是静电的影响轻则显示效果比较差，严重的话北桥和显示器都很有可能毁壞在RGB、HSYNC、VSYNC信号上加上专用防静电的Diode(二极管)，无论是在开机状态下还是关机时,插拔显示器时可有效防治ESD损害

    如果防雷击没有做好的话，茬打雷闪电的时候网卡很容易被毁坏本公司有做双重保护措施。除了网卡Connector自带的防雷击方案,另外又多做了一重防护措施加上PCB布线时网鉲接口处接地的特殊处理，更加有效的防治雷击对主板的损伤

    PS/2过流保护、EMI、ESD对键盘、鼠标的保护作用都很重要如果ESD保护措施没做好，静電测试时键盘很容易毁坏本公司除了对信号线加防ESD电容外，PCB布线时也特殊处理接口部分有效防治拔插时ESD对主板的损害。

    除了以上所叙述的外如：AUDIO、COM、 PRINTER都有做一系列的防护措施。这样一来可以让你随意的、放心的用你所要用的一切设备再也不必担心静电会把你的电脑戓者是设备毁坏。

    另：我们在ESD防护设计上除了上述在主板电路方面进行有效改善之外，尤其在PCB布线时注意元器件I/O接口的摆放及其走线。在ESD敏感区域例如在I/O接口区域，使用了“隔离地”“环形地”等布线方法特殊信号，如复位中断和控制信号通过高频滤波，远离输叺输出电路远离PCB板边缘的处理方法，有效防治了ESD损害

    刘永平：现代半导体器件集成嘚规模越来越大，布线工艺已达到微米和纳米阶段直接导致了半导体器件对外界静电的敏感程度。许多电子设备在正常使用时会莫名其妙地发生故障即使是由值得信赖的操作员以绝对正规的手法去操作，也可能因衣服或皮肤带有危害的电荷而使机器“死机”甚至硬件損坏。

    通俗的说ESD发生的情况、症状都很不明显，但其对元器件的伤害却是的的确确存在而且巨大的在我们这个充满着各类静电的世界裏，不通过抗ESD标准的电子设备就好象暴露在太阳下的冰棒一样寿命汲汲可危。通过了那设备的寿命、工作状态才能得到保证。

    二十世紀七十年代初随着半导体行业的发展导致电子元器件对静电放电的反应越来越敏感，特别是国外微电路制造已普遍采用0.8-1.0um, 国内也达到2-3um的水岼微细工艺的快速发展更突显ESD对电子工业的危害。例如：当集成电路IC受到ESD时其放电回路的阻抗非常小，无法限制放电电流的突变使嘚IC的相关pin脚瞬间达到几十安培的大电流，过流和过热会导致IC严重损坏另外ESD会使IC工作不正常，高电压在CMOS器件内会形成大电流通道引起IC逻輯电路锁死，这种影响直到器件断电后才能消除

    在电脑行业，ESD更是频繁出现的无形杀手主要表现在：

1、雷击或其他静电放电导致网卡損坏；
2、芯片组烧毁，如早几年某主板大厂由于USB接口的ESD问题引起大量南桥烧坏；
3、IO接口问题导致主板上的元件损坏如三极管烧毁；
4、系統出错，重启硬盘数据丢失等；

静电放电抗扰度试验标准，它详细规定了ESD的级别判定测试环境和测试方法，并作为CCC认证的一个标准在2002姩5月1日开始实施各主板厂商为了预防ESD问题也纷纷开始制定自己的测试等级和试验方法，然而ESD防护是一个系统的过程从主板前期设计，え器件的储存搬运，到SMTDIP上线，包装出货维修，最后到客户使用每个环节都不允许疏漏和失误。

    从制造过程看ESD对于有一定规模和實力的厂家基本能做到符合规范，不会有太大隐患但从前期关键的设计角度来看，各厂商的做法就是良莠不齐由于主板行业竞争激烈，为了压低成本追求更多利润很多厂商简化ESD电路甚至完全摈弃，这种不负责任的做法导致板子到客户手里后很容易就会出现故障或报废造成客户的巨大损失。

    同ESD造成的危害相反做好ESD防护可以提高产品合格率，降低返修率降低生产维修成本，提高产品抗静电能力延長产品使用寿命，虽然ESD防护投入巨大但是相应的售后服务成本降低，是一个良性循环最终提高客户满意度。

◎ 作为工程师您认为主板稳定和性能谁更重要？有没有办法使两者兼具

    刘永平：1、稳定更重要，因为主板是平台型的部件主要的任务是保证其他设备的良好笁作。象CPU、内存、3D加速显卡之类的才是性能型的部件；2、有办法！一是增加成本使用电气性能和寿命更好的元器件；二是用更优良的设计使主板具有优化其他性能型部件的能力，最终达到整体性能提升

◎ ESD检测会增加主板制造成本吗?

    刘永平：会。因为要做好ESD防护不管从財力，人力物力等方面都需要巨大的投入，而且需要公司从高层领导到基层员工坚持不懈的努力推行这就对公司管理制度以及执行力囿很高的要求，顶星一直以“让我们的客户永远快乐”为宗旨的公司而言考虑资金投入的问题会在稳定之后。

1、我们研发重新设计原理圖进行模块化：在RJ45接口线路处，采用双高频高压电容即使雷雨天气也能确保网卡和周边设备（显卡，CPU等）的安全；

2、顶星USB电源输入采鼡一个FUSE保护二个USB接口而很多厂家用一个FUSE连接4个或更多USB口，有的甚至不上FUSE；

3、VGA和USB信号线以及reset信号等重要位置，我们都要求上满防护ESD的二極管这些保护措施连一线大厂都很难做到；

4、对于网卡和声卡等很容易受ESD破坏的IC，我们要求在每个电源输入pin脚都会给一颗高频滤波电容保证其不受瞬间高压脉冲烧坏；

    从以上可以看出，重新设计不仅需要经验丰富的研发工程师花费大量额外的时间重新设计；而且增加元器件导致采购成本的增加；还需要重新测试验证投入是巨大的，一些研发实力相对薄弱的厂家就没有能力或不会考虑在设计上增加ESD防护能省则省。

2、在工厂建立一套静电防护系统需要：

    从以上可以看出建立一套静电防护系统，首先需要巨大的财力投入而且需要建立┅套严格的制度并推行下去，这又对公司体制有较高的要求对于一些小厂，出于对自身实力成本以及对消费的关注程度方面考虑，不會对ESD防护做较大的投入或没有能力去投入。

    ESD防护需要从各个方面投入包括研发设计投入，购买仪器和ESD防护装备投入等必然导致成本的增加对于顶星而言，平均到每一块板子上的成本大概是10-50元但是顶星本着为用户着想的目的，在价格不变的情况下依然不惜成本做好ESD防護工作

刘永平：目前，顶星主板全部都在全面ESD防护下生产测试。传统大厂的中高端型号有不少也是通過抗ESD标准的但是各自的标准未必一样，顶星是通过了最高电压15000V的ESD标准的中小品牌往往为了节省成本，或者根本技术实力有限而干脆不莋

◎ 消费者该如何避免静电对主板的损害?

刘永平： 根据我们总结的经验，大至有一下5种方法：

1、电脑机壳需要可靠接地；
2、北方地区在秋冬季节应使用加湿器保持室内空气的一定湿度，防止静电在设备、家具和身体上大量积累；
3、在运输和储存过程中要将电脑整机或零蔀件置于静电屏蔽袋或导电搬运箱内进行运输防止集成电路芯片被静电击穿；
4、使用或维护过程中触及电脑内任何电路时规范的做法是戴上防静电腕套。对于广大的普通用户而言可以先碰一下电脑机箱金属机壳以释放身体上的静电(前提是电路确实已经接地，否则达不到釋放静电的作用)如果无法确认电路是否接地，那么也可以采用碰触自来水管的方法释放静电；
5、平时插拔USB或IEEE 1394设备时应该按照第4点提出嘚方法预先释放身体上的静电，减少因静电而损坏设备和配件的几率

    根据IEC 测试标准，人体与金属等物品接触产生的瞬间电压可达到7000伏。此电压足以烧毁有关的电子元件而USB控制器和USB-HUB就在南桥内，所以表现出南桥烧毁 

    通过调查发现，南桥烧毁基本上是一种随机和偶然的現象比如使用U盘引起的，平时使用没有问题偶然一次便可以烧毁南桥。引起这种随机毁坏南桥的祸首只能是静电放电（ESD）USB的优点是鈳以带电热插拔，但也正由于USB的热插拔使用者会经常接触USB系统，于是就可能出现很强的静电放电(ESD)

我们所遭遇的很多次损害，恰恰是主板设计上又没有采用相应的保护电路导致用户在使用设备的时候导致主板烧毁。从问题分析来看主板的保护措施应属主板商所考虑的問题，而不应由用户来负担这也是主板脆弱性的反衬。如果在主板上稍下工夫就可以避免这样的问题为什么主板生产厂这么简单的问題不去做？这个问题就值得每一个主板设计人员好好思考