文档介绍：PCB 设计的 ESD 抑止准则
PCB 布线是 ESD 防护的一个关键要素,合理的 PCB 设计可以减少故障检查及返工所带来的不必要成本。
在 PCB 设计中,由于采用了瞬态电压抑止器(TVS)二极管来抑止因 ESD 放电产生的直接电荷注入,因此 PCB
设计中更重要的是克服放电电流产生的电磁干扰(EMI)电磁场效应。本文将提供可以优化 ESD 防护的 PCB
设计准则。
电路环路
电流通过感应进入到电路环路,这些环
路是封闭的,并具有变化的磁通量。电
流的幅度与环的面积成正比。较大的环
路包含有较多的磁通量,因而在电路中
感应出较强的电流。因此,必须减少环
路面积。
最常见的环路如图 1 所示,由电源和地
线所形成。在可能的条件下,可以采用具有电源及接地层的多层 PCB 设计。多层电路板不仅将电源和接地
间的回路面积减到最小,而且也减小了 ESD 脉冲产生的高频 EMI 电
磁场。
如果不能采用多层电路板,那么用于电源线和接地的线必须连接成如
图 2 所示的网格状。网格连接可以起到电源和接地层的作用,用过孔
连接各层的印制线,在每个方向上过孔连接间隔应该在 6 厘米内。另
外,在布线时,将电源和接地印制线尽可能靠近也可以降低环路面积,
如图 3 所示。
减少环路面积及感应电流的另一个方法是减小互连器件间的平行通路,见图 4。
当必须采用长于 30 厘米的信号连接线时,可以采用保护线,如图 5
所示。一个更好的办法是在信号线附近放置地层。信号线应该距保
护线或接地线层 13 毫米以内。
如图 6 所示,将每个敏感元件的长信号线(>30 厘米)或电源线与其
接地线进行交叉布置。交叉的连线必须从上到下或从左到右的规则
间隔布置。
电路连线长度
长的信号线也可成为接收 ESD 脉冲能量的天线,尽量使用较短信号线可以降低信号线作为接收 ESD 电磁
场天线的效率。
尽量将互连的器件放在相邻位置,以减少互连的印制线长度。
地电荷注入
ESD 对地线层的直接放电可能损坏敏感电路。在使用 TVS 二极管的
同时还要使用一个或多个高频旁路电容器,这些电容器放置在易损元
件的电源和地之间。旁路电容减少了电荷注入,保持了电源与接地端
口的电压差。
TVS 使感应电流分流,保持 TVS 钳位电压的电位差。TVS 及电容器
应放在距被保护的 IC 尽可能近的位置(见图 7),要确保 TVS 到地通路
以及电容器管脚长度为最短,以减少寄生电感效应。
连接器必须安装到 PCB 上的铜铂层。
理想情况下,铜铂层必须与 PCB 的接
地层隔离,通过短线与焊盘连接。
PCB 设计的其它准则
1. 避免在 PCB 边缘安排重要的信号线,如时钟和复位信号等;
2. 将 PCB 上未使用的部分设置为接地面;
3. 机壳地线与信号线间隔至少为 4 毫米;
4. 保持机壳地线的长宽比小于 5:1,以减少
电感效应;
5. 用 TVS 二极管来保护所有的外部连接;
保护电路中的寄生电感
TVS 二极管通路中的寄生电感在发生 ESD
事件时会产生严重的电压过冲。尽管使用了 TVS 二极管,由于在电感负载两端的感应电压 VL=L×di/dt,过
高的过冲电压