ESD在設計當中應遵循的抑止準則
更新時(shí)間：2021-03-01 點(diǎn)擊次數：691
PCB布線(xiàn)是ESD防護的一個(gè)關(guān)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PCB設計中，由于采用了瞬態(tài)電壓抑止器（TVS）二極管來(lái)抑止因ESD放電產(chǎn)生的直接電荷注入，因此PCB設計中更重要的是克服放電電流產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）電磁場(chǎng)效應。本文將提供可以?xún)?yōu)化ESD防護的PCB設計準則。
1、電路環(huán)路
電流通過(guò)感應進(jìn)入到電路環(huán)路，這些環(huán)路是封閉的，并具有變化的磁通量。電流的幅度與環(huán)的面積成正比。較大的環(huán)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(huán)路面積。.常.見(jiàn)的環(huán)路如圖所示，由電源和地線(xiàn)所形成。在可能的條件下，可以采用具有電源及接地層的多層PCB設計。多層電路板不僅將電源和接地間的回路面積減到小，而且也減小了ESD脈沖產(chǎn)生的高頻EMI電磁場(chǎng)。
如果不能采用多層電路板，那么用于電源線(xiàn)和接地的線(xiàn)必須連接成如圖2所示的網(wǎng)格狀。網(wǎng)格連接可以起到電源和接地層的作用，用過(guò)孔連接各層的印制線(xiàn)，在每個(gè)方向上過(guò)孔連接間隔應該在6厘米內。另外，在布線(xiàn)時(shí)，將電源和接地印制線(xiàn)盡可能靠近也可以降低環(huán)路面積，如圖所示。減少環(huán)路面積及感應電流的另一個(gè)方法是減小互連器件間的平行通路，見(jiàn)圖。
當必須采用長(cháng)于30厘米的信號連接線(xiàn)時(shí)，可以采用保護線(xiàn)，如圖所示。一個(gè)更好的辦法是在信號線(xiàn)附近放置地層。信號線(xiàn)應該距保護線(xiàn)或接地線(xiàn)層13毫米以?xún)取?/span>如圖6所示，將每個(gè)敏感元件的長(cháng)信號線(xiàn)（>30厘米）或電源線(xiàn)與其接地線(xiàn)進(jìn)行交叉布置。交叉的連線(xiàn)必須從上到下或從左到右的規則間隔布置。2、電路連線(xiàn)長(cháng)度
長(cháng)的信號線(xiàn)也可成為接收ESD脈沖能量的天線(xiàn)，盡量使用較短信號線(xiàn)可以降低信號線(xiàn)作為接收ESD電磁場(chǎng)天線(xiàn)的效率。盡量將互連的器件放在相鄰位置，以減少互連的印制線(xiàn)長(cháng)度。
3、地電荷注入
ESD對地線(xiàn)層的直接放電可能損壞敏感電路。在使用TVS二極管的同時(shí)還要使用一個(gè)或多個(gè)高頻旁路電容器，這些電容器放置在易損元件的電源和地之間。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使感應電流分流，保持TVS鉗位電壓的電位差。TVS及電容器應放在距被保護的IC盡可能近的位置（見(jiàn)圖），要確保TVS到地通路以及電容器管腳長(cháng)度為短，以減少寄生電感效應。
連接器必須安裝到PCB上的銅鉑層。理想情況下，銅鉑層必須與PCB的接地層隔離，通過(guò)短線(xiàn)與焊盤(pán)連接。
4、PCB設計的其它準則
避免在PCB邊緣安排重要的信號線(xiàn)，如時(shí)鐘和復位信號等；機殼地線(xiàn)與信號線(xiàn)間隔至少為4毫米；
保持機殼地線(xiàn)的長(cháng)寬比小于5:1，以減少電感效應；5、保護電路中的寄生電感
TVS二極管通路中的寄生電感在發(fā)生ESD事件時(shí)會(huì )產(chǎn)生嚴重的電壓過(guò)沖。盡管使用了TVS二極管，由于在電感負載兩端的感應電壓VL=L×di/dt，過(guò)高的過(guò)沖電壓仍然可能超過(guò)被保護IC的損壞電壓閾值。保護電路承受的總電壓是TVS二極管鉗位電壓與寄生電感產(chǎn)生的電壓之和，VT=VC+VL。一個(gè)ESD瞬態(tài)感應電流在小于1ns的時(shí)間內就能達到峰值（依據IEC 61000-4-2標準），假定引線(xiàn)電感為每英寸20nH，線(xiàn)長(cháng)為四分之一英寸，過(guò)沖電壓將是50V/10A的脈沖。經(jīng)驗設計準則是將分流通路設計得盡可能短，以此減少寄生電感效應。所有的電感性通路必須考慮采用接地回路，TVS與被保護信號線(xiàn)之間的通路，以及連接器到TVS器件的通路。被保護的信號線(xiàn)應該直接連接到接地面，若無(wú)接地面，則接地回路的連線(xiàn)應盡可能短。TVS二極管的接地和被保護電路的接地點(diǎn)之間的距離應盡可能短，以減少接地平面的寄生電感。后，TVS器件應該盡可能靠近連接器以減少進(jìn)入附近線(xiàn)路的瞬態(tài)耦合。雖然沒(méi)有到達連接器的直接通路，但這種二次輻射效應也會(huì )導致電路板其它部分的工作紊亂。
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