在PCB板的設計當中,可以通過分層、恰當的布局布線和安裝實現PCB的抗ESD設計。在設計過程中,通過預測可以將絕大多數設計修改僅(jin) 限於(yu) 增減元器件。通過調整PCB布局布線,能夠很好地防範ESD。以下是一些常見的防範措施。

幾種典型的通用ESD保護電路

CAN Bus保護

數據線及接口保護

分享個(ge) 人的ESD保護9大措施

最近在做電子產(chan) 品的ESD測試，從(cong) 不同的產(chan) 品的測試結果發現，這個(ge) ESD是一項很重要的測試：如果電路板設計的不好，當引入靜電後，會(hui) 引起產(chan) 品的死機甚至是元器件的損壞。以前隻注意到ESD會(hui) 損壞元器件，沒有想到，對於(yu) 電子產(chan) 品也要引起足夠的重視。

ESD，也就是我們(men) 常說的靜電釋放(Electro-Static discharge)。從(cong) 學習(xi) 過的知識中可以知道，靜電是一種自然現象，通常通過接觸、摩擦、電器間感應等方式產(chan) 生，其特點是長時間積聚、高電壓(可以產(chan) 生幾千伏甚至上萬(wan) 伏的靜電)、低電量、小電流和作用時間短的特點。對於(yu) 電子產(chan) 品來說，如果ESD設計沒有設計好，常常造成電子電器產(chan) 品運行不穩定，甚至損壞。

在做ESD放電測試時通常采用兩(liang) 種方法：接觸放電和空氣放電。

接觸放電就是直接對待測設備進行放電;空氣放電也稱為(wei) 間接放電，是強磁場對鄰近電流環路耦合產(chan) 生。這兩(liang) 種測試的測試電壓一般為(wei) 2KV-8KV，同地區要求不一樣，因此在設計之前，先要弄清楚產(chan) 品針對的市場。

以上兩(liang) 種情況是針對人體(ti) 在接觸到電子產(chan) 品時，因人體(ti) 帶電或其他原因引起電子產(chan) 品不能工作而進行的基本測試。

全球各地的濕度情況不一樣，但是同時在一個(ge) 地區，若空氣濕度不一樣，產(chan) 生的靜電也不相同。通過搜集到數據從(cong) 中可以看出靜電隨著空氣濕度的減小而變大。這也間接地說明北方的冬天，脫毛衣時產(chan) 生的靜電火花很大的原因。“既然靜電這麽(me) 大的危害，那我們(men) 如何進行防護呢？我們(men) 在進行靜電防護設計時通常分三步走：防止外部電荷流入電路板而產(chan) 生損壞；防止外部磁場對電路板產(chan) 生損壞；防止靜電場產(chan) 生的危害。

在實際電路設計中我們(men) 會(hui) 采用以下幾種方法的一種或幾種來進行靜電保護：

這也是設計中經常用到的一種方法，典型做法就是在關(guan) 鍵信號線並聯雪崩二極管到地。該法是利用雪崩二極管快速響應並且具有穩定鉗位的能力，可以在較短的時間內(nei) 消耗聚集的高電壓進而保護電路板。

該做法通常將耐壓至少為(wei) 1.5KV的陶瓷電容放置在I/O連接器或者關(guan) 鍵信號的位置，同時連接線盡可能的短，以便減小連接線的感抗。若采用了耐壓低的電容，會(hui) 引起電容的損壞而失去保護的作用。

鐵氧磁珠可以很好地衰減ESD電流，並且還能抑製輻射。當麵臨(lin) 著兩(liang) 方麵問題時，一個(ge) 鐵氧磁珠會(hui) 是一個(ge) 很不錯的選擇。

這種方法是在一份材料中看到的，具體(ti) 做法是在銅皮構成的微帶線層使用尖端相互對準的三角銅皮構成，三角銅皮一端連接在信號線，另一個(ge) 三角銅皮連接地。當有靜電時會(hui) 產(chan) 生尖端放電進而消耗電能。

LC組成的濾波器可以有效地減小高頻靜電進入電路。電感的感抗特性能很好的抑製高頻ESD進入電路，而電容又分流了ESD的高頻能量到地。同時，該類型的濾波器還可以圓滑信號邊緣而較小RF效應，性能方麵在信號完整性方麵又有了進一步的提高。

當資金允許的情況下，選擇多層板也是一種有效防止ESD的一種手段。在多層板中，由於(yu) 有了一個(ge) 完整的地平麵靠近走線，這樣可以使ESD更加快捷地耦合到低阻抗平麵上，進而保護關(guan) 鍵信號的作用。

這種方法是利用了隔離的原理進行電路板的保護，由於(yu) 這些器件有了鉗位二極管的保護，在實際電路設計中減小了設計的複雜度。

這些去耦電容要有低的ESL和ESR數值，對於(yu) 低頻的ESD來說，去耦電容減小了環路的麵積，由於(yu) 其ESL的作用使電解質作用減弱，可以更好的濾除高頻能量。

總之，ESD雖然可怕，甚至會(hui) 帶來嚴(yan) 重後果，但是，隻有保護好電路上電源和信號線，那麽(me) 就能有效地防止ESD的電流流入PCB中。其中，我老大經常說的一句“一個(ge) 板子的良好接地才是王道”，希望這句話也能給大家帶來打破天窗的效果。

下麵將提到更多保護細節：

■盡可能使用多層PCB,相對於(yu) 雙麵PCB而言,地平麵和電源平麵,以及排列緊密的信號線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合,使之達到雙麵PCB的 1/10到1/100。盡量地將每一個(ge) 信號層都緊靠一個(ge) 電源層或地線層。對於(yu) 頂層和底層表麵都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB,可以考慮使用內(nei) 層線。

■對於(yu) 雙麵PCB來說,要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線緊靠地線,在垂直和水平線或填充區之間,要盡可能多地連接。一麵的柵格尺寸小於(yu) 等於(yu) 60mm,如果可能,柵格尺寸應小於(yu) 13mm。

■確保每一個(ge) 電路盡可能緊湊。

■盡可能將所有連接器都放在一邊。

■如果可能,將電源線從(cong) 卡的中央引入,並遠離容易直接遭受ESD影響的區域。

■在引向機箱外的連接器(容易直接被ESD擊中)下方的所有PCB層上,要放置寬的機箱地或者多邊形填充地,並每隔大約13mm的距離用過孔將它們(men) 連接在一起。

■在卡的邊緣上放置安裝孔,安裝孔周圍用無阻焊劑的頂層和底層焊盤連接到機箱地上。

■PCB裝配時,不要在頂層或者底層的焊盤上塗覆任何焊料。使用具有內(nei) 嵌墊圈的螺釘來實現PCB與(yu) 金屬機箱/屏蔽層或接地麵上支架的緊密接觸。

■在每一層的機箱地和電路地之間,要設置相同的“隔離區”;如果可能,保持間隔距離為(wei) 0.64mm。

■在卡的頂層和底層靠近安裝孔的位置,每隔100mm沿機箱地線將機箱地和電路地用1.27mm寬的線連接在一起。與(yu) 這些連接點的相鄰處,在機箱地和電路地之間放置用於(yu) 安裝的焊盤或安裝孔。這些地線連接可以用刀片劃開,以保持開路,或用磁珠/高頻電容的跳接。

■如果電路板不會(hui) 放入金屬機箱或者屏蔽裝置中,在電路板的頂層和底層機箱地線上不能塗阻焊劑,這樣它們(men) 可以作為(wei) ESD電弧的放電極。

■要以下列方式在電路周圍設置一個(ge) 環形地：

(1)除邊緣連接器以及機箱地以外,在整個(ge) 外圍四周放上環形的地通路。

(2)確保所有層的環形地寬度大於(yu) 2.5mm。

(3)每隔13mm用過孔將環形地連接起來。

(4)將環形地與(yu) 多層電路的公共地連接到一起。

(5)對安裝在金屬機箱或者屏蔽裝置裏的雙麵板來說,應該將環形地與(yu) 電路公共地連接起來。不屏蔽的雙麵電路則應該將環形地連接到機箱地,環形地上不能塗阻焊劑,以便該環形地可以充當ESD的放電棒,在環形地(所有層)上的某個(ge) 位置處至少放置一個(ge) 0.5mm寬的間隙,這樣可以避免形成一個(ge) 大的環路。信號布線離環形地的距離不能小於(yu) 0.5mm。

■在能被ESD直接擊中的區域,每一個(ge) 信號線附近都要布一條地線。

■I/O電路要盡可能靠近對應的連接器。

■對易受ESD影響的電路,應該放在靠近電路中心的區域,這樣其他電路可以為(wei) 它們(men) 提供一定的屏蔽作用。

■通常在接收端放置串聯的電阻和磁珠,而對那些易被ESD擊中的電纜驅動器,也可以考慮在驅動端放置串聯的電阻或磁珠。

■通常在接收端放置瞬態保護器。用短而粗的線(長度小於(yu) 5倍寬度,最好小於(yu) 3倍寬度)連接到機箱地。從(cong) 連接器出來的信號線和地線要直接接到瞬態保護器,然後才能接電路的其他部分。

■在連接器處或者離接收電路25mm的範圍內(nei) ,要放置濾波電容。

(1)用短而粗的線連接到機箱地或者接收電路地(長度小於(yu) 5倍寬度,最好小於(yu) 3倍寬度)。

(2)信號線和地線先連接到電容再連接到接收電路。

■要確保信號線盡可能短。

■信號線的長度大於(yu) 300mm時,一定要平行布一條地線。

■確保信號線和相應回路之間的環路麵積盡可能小。對於(yu) 長信號線每隔幾厘米便要調換信號線和地線的位置來減小環路麵積。

■從(cong) 網絡的中心位置驅動信號進入多個(ge) 接收電路。

■確保電源和地之間的環路麵積盡可能小,在靠近集成電路芯片每一個(ge) 電源管腳的地方放置一個(ge) 高頻電容。

■在距離每一個(ge) 連接器80mm範圍以內(nei) 放置一個(ge) 高頻旁路電容。

■在可能的情況下,要用地填充未使用的區域,每隔60mm距離將所有層的填充地連接起來。

■確保在任意大的地填充區(大約大於(yu) 25mm×6mm)的兩(liang) 個(ge) 相反端點位置處要與(yu) 地連接。

■電源或地平麵上開口長度超過8mm時,要用窄的線將開口的兩(liang) 側(ce) 連接起來。

■複位線、中斷信號線或者邊沿觸發信號線不能布置在靠近PCB邊沿的地方。

■將安裝孔同電路共地連接在一起,或者將它們(men) 隔離開來。

(1)金屬支架必須和金屬屏蔽裝置或者機箱一起使用時,要采用一個(ge) 零歐姆電阻實現連接。

(2)確定安裝孔大小來實現金屬或者塑料支架的可靠安裝,在安裝孔頂層和底層上要采用大焊盤,底層焊盤上不能采用阻焊劑,並確保底層焊盤不采用波峰焊工藝進行焊接。

■不能將受保護的信號線和不受保護的信號線並行排列。

■要特別注意複位、中斷和控製信號線的布線。

(1)要采用高頻濾波。

(2)遠離輸入和輸出電路。

(3)遠離電路板邊緣。

■PCB要插入機箱內(nei) ,不要安裝在開口位置或者內(nei) 部接縫處。

■要注意磁珠下、焊盤之間和可能接觸到磁珠的信號線的布線。有些磁珠導電性能相當好,可能會(hui) 產(chan) 生意想不到的導電路徑。

■如果一個(ge) 機箱或者主板要內(nei) 裝幾個(ge) 電路板,應該將對靜電最敏感的電路板放在最中間。