ESD在（zài）設計當中（zhōng）應遵循的抑止準則
更（gèng）新時間：2021-03-01 點擊次數：1566
PCB布線是ESD防護的一（yī）個（gè）關鍵要（yào）素，合理的PCB設計可以（yǐ）減少故障檢查及返工所（suǒ）帶來的不必要（yào）成本。在PCB設計中，由於采用（yòng）了瞬態（tài）電壓抑止器（TVS）二極管來抑（yì）止因ESD放電產生的直接電荷注（zhù）入，因此PCB設計中更重要的是克服放電電流產（chǎn）生的電磁幹擾（EMI）電磁場效（xiào）應（yīng）。本文（wén）將提供可以優化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路，這些環路是封閉（bì）的，並（bìng）具有變化的磁通（tōng）量。電流的幅度與環的麵積成（chéng）正比。較大（dà）的環路包含有較多的磁通量，因而在電路中感應出較強的電流。因此，必須減少環路麵積。.常.見的環路如圖所示，由電（diàn）源和地線所（suǒ）形成。在可能的（de）條件下，可以采用具有電（diàn）源及接地層的多層PCB設計。多層電路板不僅將電源和（hé）接（jiē）地間的回路麵積（jī）減到小，而（ér）且也減小了ESD脈衝產生的高頻EMI電磁場。
如（rú）果不能采用多層電路板，那麽用於電（diàn）源線和接地的線必須連接成如圖2所示的網格狀。網格連接可以（yǐ）起到電源和接（jiē）地層的作用，用過孔連接各層的印製線，在每個方向上過孔連（lián）接間隔應該在6厘米內。另外，在布線時，將電源和接地印製線盡可能靠近也可以降低環路麵積（jī），如圖所示。減少環路（lù）麵積及感應電（diàn）流的另一個方法是減小互（hù）連器件間的平行通路，見圖。
當必須采用長於30厘（lí）米（mǐ）的信號（hào）連接線時，可以采用（yòng）保護線，如圖所示。一個更好的辦法是在信號線附近放置（zhì）地層。信號線（xiàn）應該距保護線或接地線層13毫米以內。如圖6所示，將每個敏感元件的長（zhǎng）信號線（xiàn）（>30厘米）或電源（yuán）線與其接地線進行交叉布置。交叉的（de）連線必須（xū）從上到下或從左到右的（de）規則（zé）間隔布置。2、電路（lù）連線長（zhǎng）度
長的信號線也可成為接收（shōu）ESD脈衝能（néng）量的天線（xiàn），盡量使用較短信號線（xiàn）可以降（jiàng）低信號（hào）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（yìn）製線長（zhǎng）度。
3、地電荷（hé）注入
ESD對（duì）地線層的（de）直接放電可能損壞敏感電路。在使用TVS二極管的同時還要使用一個（gè）或多個高頻旁路電容器，這些（xiē）電容器放置在易損元件的電源（yuán）和地之間。旁路電（diàn）容減少了電荷注入，保持了電源與接地端口的（de）電壓差。TVS使感應電流分流，保持TVS鉗位電壓的（de）電位差（chà）。TVS及電容器應（yīng）放在距被（bèi）保護的IC盡可能近的位置（見圖），要確保TVS到（dào）地通（tōng）路以及電容器管腳長度為短，以減少寄生電感效應。
連接器（qì）必須安裝到PCB上的銅鉑層。理想情況下，銅鉑層必須與PCB的接地（dì）層（céng）隔離，通過短線與焊盤連接。
4、PCB設計的其它準則
避免在（zài）PCB邊緣安排重要（yào）的信號線（xiàn），如時鍾和複位信號等；機（jī）殼地線與信號線間（jiān）隔至（zhì）少（shǎo）為4毫米；
保持機（jī）殼地線的長寬比小於5:1，以（yǐ）減少電感效應；5、保護電路中的寄生電感
TVS二極管通路中的寄生（shēng）電感在發生ESD事件時會產生嚴重的電壓過衝。盡管使（shǐ）用了TVS二極管，由於在電感負載兩端的（de）感應（yīng）電壓（yā）VL=L×di/dt，過高的過衝電壓仍然可（kě）能超過被保護IC的損（sǔn）壞電（diàn）壓閾值。保護電路（lù）承受的總電壓是TVS二極管（guǎn）鉗位電壓與寄生（shēng）電感產生的電（diàn）壓之和，VT=VC+VL。一個ESD瞬態感應電流在小於1ns的時間內就能達到峰值（依據IEC 61000-4-2標準），假定引線電感為每英寸20nH，線長為（wéi）四分之一英寸（cùn），過衝電壓將是50V/10A的脈衝。經驗設計準則是將分流通路設計得盡可能短，以此減少（shǎo）寄生電感效（xiào）應。所有的電（diàn）感性（xìng）通路必須考慮采用接地回路，TVS與被保護信號線之間的通路，以及連（lián）接器（qì）到TVS器件（jiàn）的通路。被保護的信號線應該直接連接到接地麵，若無接地麵，則接地回路的連線應盡可能短。TVS二極管的接地和被保護電路的接地點之（zhī）間的距離應盡可能短，以減少接地平麵的寄生電感。後，TVS器件應該盡可（kě）能靠近連接器以減少進入附近線路的瞬態耦合。雖然沒有（yǒu）到達連接器的直接通路，但這種（zhǒng）二（èr）次輻射效應也會導致電路板其它部分的工作（zuò）紊（wěn）亂。
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