ESD在設計當中應遵循的抑止準則
更新時間：2021-03-01 點擊次數：1306
PCB布線（xiàn）是ESD防護的一個關鍵要素，合理的PCB設計可以減少故障檢查及返工所帶來（lái）的不必要成本。在（zài）PCB設計中，由（yóu）於采（cǎi）用了瞬態電壓抑止器（TVS）二極管來抑止（zhǐ）因ESD放電產生的直接（jiē）電荷注入，因此（cǐ）PCB設計中更重要的（de）是（shì）克服放電電流產生的電磁幹（gàn）擾（EMI）電磁場效應。本（běn）文將提供可以（yǐ）優化ESD防（fáng）護的PCB設計準則。
1、電路環路
電流通過感應進入到電路環（huán）路，這些環路是封閉的，並具有變化的磁（cí）通量。電流的幅度與環的麵積成正比。較大的環路包含有較多的磁通量，因（yīn）而在電路中感應出較強的電（diàn）流。因此（cǐ），必須減（jiǎn）少環路麵（miàn）積。.常（cháng）.見的環路如圖所示，由（yóu）電源和地線所形成。在可能的條件下，可以采用具（jù）有電源及接地層的多層PCB設計。多層電路板不僅將（jiāng）電源和接地間的回路（lù）麵積減到小，而且也減小（xiǎo）了ESD脈衝產生的（de）高頻EMI電磁（cí）場。
如果（guǒ）不能采用多層電路板，那麽用於電源線（xiàn）和接地的線必須連接成如圖（tú）2所示的網格狀。網格連接可以（yǐ）起到（dào）電源和接地層的作用，用過孔（kǒng）連接各層的印製線，在每個方（fāng）向上過（guò）孔連接間隔應該在6厘米內。另（lìng）外，在布線時，將電源和接（jiē）地印製線盡可能靠近也可以降低環路麵積，如圖所（suǒ）示。減少環路（lù）麵積及感應電流的另一個方（fāng）法是減小互連器件間的平行通路，見圖。
當（dāng）必須采用長於30厘（lí）米的信號連接線時，可以采用保護線，如（rú）圖（tú）所示。一（yī）個更好的辦法是在信號線附近放置地層（céng）。信號線應該距保護（hù）線或接地線（xiàn）層13毫米以內。如圖（tú）6所示，將每個敏感元件的長信（xìn）號線（>30厘米）或電源線與其接地線進行交叉布置。交叉的連線必（bì）須從（cóng）上到下或從左到右的規則間隔布置。2、電路連線長度
長的信（xìn）號線也可成為接（jiē）收ESD脈衝能量的天線，盡量使用較短信號線可以降低信號線作為接收ESD電磁場天線的效率。盡量將互連的器件放在相鄰位置，以減少互連的印製線長度。
3、地電荷注入
ESD對地線層的直接（jiē）放電可能損壞敏感電路。在（zài）使用TVS二極管的同時還要使用一個或多個高頻旁路電容器，這些電容（róng）器放置在易損元件的電源和地之（zhī）間。旁路電容減少了電荷注入，保持了電源與接地端口的電壓差。TVS使（shǐ）感應電流分流，保持TVS鉗位（wèi）電壓的電位差。TVS及電容器應放在距被保護的IC盡可能近的（de）位置（見圖），要確保TVS到地（dì）通路以及電容器（qì）管腳長度為短，以減少寄生電感（gǎn）效應（yīng）。
連接器（qì）必須安裝到PCB上的銅鉑層。理想情況下，銅（tóng）鉑層必須與PCB的接地層隔離，通（tōng）過短線與焊盤連接。
4、PCB設計的（de）其它準則
避免在（zài）PCB邊緣安排重要的信號線，如時鍾和複位信號等；將PCB上未（wèi）使用的部（bù）分設置為接地麵；機殼地線與信（xìn）號線間隔至少為4毫米（mǐ）；
保持機殼地（dì）線的長寬比小於5:1，以減少電（diàn）感效應；5、保護電路中的寄生電感
TVS二極管（guǎn）通路中的寄生電感在發生ESD事件時會產生嚴重的電壓（yā）過衝。盡管使用了TVS二極管，由（yóu）於在電感負載兩端的感應電壓VL=L×di/dt，過高的過衝電（diàn）壓仍然可能（néng）超過被保護IC的（de）損壞電（diàn）壓閾（yù）值。保護電路承受的總電壓是TVS二極管鉗位電壓與寄（jì）生電感（gǎn）產生的電壓之和，VT=VC+VL。一個ESD瞬態感應電流在小於1ns的時（shí）間（jiān）內就能達到峰值（依據IEC 61000-4-2標準），假定引線電感為每英寸20nH，線長為四（sì）分之一英寸，過衝電（diàn）壓將是50V/10A的脈衝。經驗（yàn）設計準則（zé）是將分流通（tōng）路設計得盡可能短，以此減少寄生電感效應。所有的電感性通路必須考（kǎo）慮（lǜ）采用接地回（huí）路（lù），TVS與被保護信號線之間的通路，以及連接器到TVS器件的通路。被保護的信（xìn）號（hào）線應該直接連接（jiē）到接地麵，若無接地麵，則接地（dì）回路的連線（xiàn）應盡可能短。TVS二極管的接地和（hé）被保護電路的（de）接地點之間的距離應盡可能短，以（yǐ）減（jiǎn）少接地平麵的寄生電感。後，TVS器件應該盡可能靠近連（lián）接器以減少進入附近線路的瞬態耦（ǒu）合。雖然沒有到達連接器的直接通路，但這種二次輻射效應也會導致電路板其它（tā）部分（fèn）的工作紊亂。
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