ESD在設計當中應遵循的抑止（zhǐ）準則
更新時間：2021-03-01 點擊次數：1708
PCB布線是ESD防護的一個關鍵要素，合（hé）理的PCB設計可以減少（shǎo）故障檢查及返工所（suǒ）帶來（lái）的（de）不必要成本。在PCB設（shè）計中，由於采用了瞬態電壓抑止器（TVS）二極管來抑止因ESD放電產生的直接（jiē）電荷注入，因此PCB設計中更（gèng）重要的是克服放電電流產生的電磁幹擾（EMI）電磁場效應。本文將提（tí）供可（kě）以優化（huà）ESD防護的PCB設計準則。
1、電路環路
電（diàn）流通過感應進入到（dào）電路環路，這些（xiē）環路是（shì）封閉的，並（bìng）具有變化的磁通量。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，因而（ér）在電路中感應出（chū）較強的電流。因此，必須減少環路（lù）麵積。.常.見的環路如圖（tú）所示，由電源和地線所形成。在可能的條件下，可以采用具有（yǒu）電源及接地層的多（duō）層PCB設計（jì）。多層電路板不僅將電源和接地（dì）間的回路麵積減到小，而（ér）且也（yě）減小了ESD脈衝產生的高頻EMI電磁場（chǎng）。
如果不能采用（yòng）多（duō）層電路板，那麽用於電源線和接地的線必須連接成如圖2所示（shì）的網格狀。網格連接可以起到電源（yuán）和接地層（céng）的作用，用過（guò）孔連接各層的印製線，在每個（gè）方向（xiàng）上過孔連接間隔應該在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，如圖所示。減少環路麵積及感應電流的另一個方法是減小互連器件間的平行通路，見（jiàn）圖。
當（dāng）必（bì）須采用長於30厘米的信號連接線時（shí），可以采用保護線，如圖所示。一個更好的辦法是（shì）在信號線附近放置地（dì）層。信號線應（yīng）該距保護線或接地線層（céng）13毫米以內。如圖6所示（shì），將每個敏感元件的長信號線（>30厘米（mǐ））或電源線與其接地線進（jìn）行交叉布置。交（jiāo）叉的連線必須從（cóng）上到下或（huò）從左到右（yòu）的規則間隔布置。2、電路連線長度
長（zhǎng）的信（xìn）號（hào）線也可成為接收ESD脈衝能量的天線，盡量使用較短信號線可以降低（dī）信號線作為接收ESD電磁場天線的效率。盡量將互連的（de）器件放在相鄰位置，以減少互（hù）連的印製線長度。
3、地電荷注入
ESD對地線層的直接放（fàng）電可（kě）能損壞敏（mǐn）感電路（lù）。在使用（yòng）TVS二極管的同時還（hái）要使（shǐ）用一個或（huò）多個高頻旁路電容器，這些電容器放置（zhì）在易（yì）損元件的電源和（hé）地之間。旁路電容減少了電荷注入，保持了（le）電源與接地（dì）端口的電壓差。TVS使感應（yīng）電流分流，保持TVS鉗位電（diàn）壓（yā）的電位差。TVS及電容器應放在（zài）距被保護的（de）IC盡可能（néng）近的位置（見圖），要確保TVS到（dào）地通路以及電容器管腳長度為短，以減少（shǎo）寄生電感效應。
連接（jiē）器必（bì）須安裝（zhuāng）到PCB上的銅鉑層（céng）。理想情況下，銅鉑層必須與PCB的接地層隔離，通（tōng）過短線與焊盤連接。
4、PCB設（shè）計的其它準則
避免在PCB邊緣安排重要的（de）信號線，如（rú）時鍾和（hé）複位信號等；將PCB上未使用的部（bù）分（fèn）設置為（wéi）接地麵；
保持機殼地線的長寬比小於5:1，以減少電感（gǎn）效應；5、保護電路中的寄生電感
TVS二極（jí）管通路中（zhōng）的寄生電感在發生ESD事件時會產生（shēng）嚴重的電壓過衝。盡管使用了TVS二極（jí）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（chōng）電（diàn）壓仍然可能超過被保護IC的損壞電壓閾值。保護電路承受的總電壓是（shì）TVS二極管鉗位電壓與寄生電感產生的電（diàn）壓之（zhī）和，VT=VC+VL。一個ESD瞬態感應電流（liú）在（zài）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，線長為四分之一英寸，過衝電壓將是50V/10A的脈（mò）衝。經驗（yàn）設計準則是將分（fèn）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與被保護信號線之間的通路（lù），以及（jí）連接器到TVS器件的通路。被保護的信號線應該直接連接到（dào）接地麵，若無接地麵，則接地回路的（de）連線應盡可能短。TVS二極管的接（jiē）地和被（bèi）保護電路的接地點之間的距離應盡可能短，以減少接地平麵的寄生電感。後，TVS器件應該盡可能靠近連接器以減少進入附（fù）近線路的瞬態耦合。雖然沒有到達連接器的直接通路，但（dàn）這種二（èr）次輻射效應也會導致電路板其它部分的（de）工作紊亂。
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