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常用接口PCB设计-ESD

静电是指由两种不同物质的物体互相摩擦,通过正负电荷积蓄在相互摩擦的两个物体而形成高电压。人体的日体活动会产生不同幅值的静电电压,但能量很小,不会对人体产生伤害。但是对于电子元器件来说,静电能量是不能忽视的。在干燥气候环境下,人体ESD的电压很容易超过6~35kV,当用手触摸电子设备、PCB或PCB上的元器件时,常常会因为瞬间的静电放电而使元器件或设备受到干扰,甚至损坏设备或PCB上的元器件。

 

一、ESD产生要素

ESD是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。因此,国际上习惯将用于静电防护的器材统称为“ESD”,中文名称为静电阻抗器。
ESD是困扰许多电子产品的一个严重的问题。在PCB设计初期就必须考虑ESD的防护问题。

 

二、常用ESD保护器件和电路



三、ESD防护Layout原则

布局原则:
  • 尽可能将ESD保护器件靠近输入端或者连接器
  • ESD保护器件与被保护线之间的线路距离应该尽量短

ESD防护设计-低速板:
  • 横平竖直走线,尽量减少信号线路并排走线
  • 空间允许的话,走线越粗越好
  • 按高速电路设计理念来进行布线
  • 避免在PCB边缘处理重要的信号线,如时钟、复位信号等
  • 所有PCB板的传导环路包括电源和地线环路应该尽量小
  • 如果没有使用电源平面的话(单面或双面板),则电源走线旁边必须要跟随一根地线。(布线顺序是:电源模块→电源走线→地线→信号线)
  • 尽量使用多层板

ESD防护设计-高速板:
  • 要有良好的地平面
  • 保持足够的间距:如滤波器,光耦,交流电源线与弱信号线
  • 长距离走线加低通滤波器(C,ESD器件,RC,LC)
  • 隔离(增加屏蔽罩),避免被保护的导线与未被保护的导线并排走线。
  • 避免与其他器件使用同一条回路来连接公共接地点


四、ESD防护和实例


对于PCB设计来说,在容易发生静电放电的边缘设置一定的隔离距离非常重要。一般认为,对于机架类产品,每千伏的静电电压的击穿距离在1mm左右。如果在容易放电的边缘设置一个3~5mm隔离区,就可以抵抗3~5kV的静电电压。

在PCB上安装光耦合器或者变压器,以及结合介质隔离和屏蔽都可以很好的抑制静电放电冲击。
 


可将PCB的GND与外壳地进行单点接地,防止静电放电电流在机箱上产生的电压耦合进电路。(需注意接地点的选择:选择在电缆入口处)

 

如果PCB面积允许,并且整机系统的搭接、静电泄放通道都很好,可以在PCB周围设置接地防护环(可裸铜处理),并采用很多通孔连接。


 

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