設計PCB時防范ESD的方法

中心議題： 設計PCB時防范ESD的多種手段 解決方案： 盡可能使用多層PCB 確保每一個電路盡可能緊湊 盡可能將所有連接器都放在一邊
來自人體、環(huán)境甚至電子設備內部的靜電對于精密的半導體芯片會造成各種損傷，例如穿透元器件內部薄的絕緣層；損毀MOSFET和CMOS元器件的柵極；CMOS器件中的觸發(fā)器鎖死；短路反偏的PN結；短路正向偏置的PN結；熔化有源器件內部的焊接線或鋁線。為了消除靜電釋放(ESD)對電子設備的干擾和破壞，需要采取多種技術手段進行防范。
　
在PCB板的設計當中，可以通過分層、恰當的布局布線和安裝實現PCB的抗ESD設計。在設計過程中，通過預測可以將絕大多數設計修改僅限于增減元器件。通過調整PCB布局布線，能夠很好地防范ESD。以下是一些常見的防范措施。
　　
1、盡可能使用多層PCB，相對于雙面PCB而言，地平面和電源平面，以及排列緊密的信號線-地線間距能夠減小共模阻抗和感性耦合，使之達到雙面PCB的1/10到1/100。盡量地將每一個信號層都緊靠一個電源層或地線層。對于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB，可以考慮使用內層線。
　　
2、對于雙面PCB來說，要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線緊靠地線，在垂直和水平線或填充區(qū)之間，要盡可能多地連接。一面的柵格尺寸小于等于60mm，如果可能，柵格尺寸應小于13mm。
　　
3、確保每一個電路盡可能緊湊。
　　
4、盡可能將所有連接器都放在一邊。
　　
5、如果可能，將電源線從卡的中央引入，并遠離容易直接遭受ESD影響的區(qū)域。
　　
6、在引向機箱外的連接器(容易直接被ESD擊中)下方的所有PCB層上，要放置寬的機箱地或者多邊形填充地，并每隔大約13mm的距離用過孔將它們連接在一起。
　　
7、在卡的邊緣上放置安裝孔，安裝孔周圍用無阻焊劑的頂層和底層焊盤連接到機箱地上。
　　
8、PCB裝配時，不要在頂層或者底層的焊盤上涂覆任何焊料。使用具有內嵌墊圈的螺釘來實現PCB與金屬機箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。
　　
9、在每一層的機箱地和電路地之間，要設置相同的“隔離區(qū)”；如果可能，保持間隔距離為0.64mm。
　　
10、卡的頂層和底層靠近安裝孔的位置，每隔100mm沿機箱地線將機箱地和電路地用1.27mm寬的線連接在一起。與這些連接點的相鄰處，在機箱地和電路地之間放置用于安裝的焊盤或安裝孔。這些地線連接可以用刀片劃開，以保持開路，或用磁珠/高頻電容的跳接。
　　
11、果電路板不會放入金屬機箱或者屏蔽裝置中，在電路板的頂層和底層機箱地線上不能涂阻焊劑，這樣它們可以作為ESD電弧的放電極。
　　
12、以下列方式在電路周圍設置一個環(huán)形地：
　　(1)除邊緣連接器以及機箱地以外，在整個外圍四周放上環(huán)形地通路。
　　(2)確保所有層的環(huán)形地寬度大于2.5mm。
　　(3)每隔13mm用過孔將環(huán)形地連接起來。
　　(4)將環(huán)形地與多層電路的公共地連接到一起。
　　(5)對安裝在金屬機箱或者屏蔽裝置里的雙面板來說，應該將環(huán)形地與電路公共地連接起來。不屏蔽的雙面電路則應該將環(huán)形地連接到機箱地，環(huán)形地上不能涂阻焊劑，以便該環(huán)形地可以充當ESD的放電棒，在環(huán)形地(所有層)上的某個位置處至少放置一個0.5mm寬的間隙，這樣可以避免形成一個大的環(huán)路。信號布線離環(huán)形地的距離不能小于0.5mm。

13、在能被ESD直接擊中的區(qū)域，每一個信號線附近都要布一條地線。
　　
14、I/O電路要盡可能靠近對應的連接器。
　　
15、對易受ESD影響的電路，應該放在靠近電路中心的區(qū)域，這樣其他電路可以為它們提供一定的屏蔽作用。
　　
16、通常在接收端放置串聯的電阻和磁珠，而對那些易被ESD擊中的電纜驅動器，也可以考慮在驅動端放置串聯的電阻或磁珠。
　　
17、通常在接收端放置瞬態(tài)保護器。用短而粗的線(長度小于5倍寬度，最好小于3倍寬度)連接到機箱地。從連接器出來的信號線和地線要直接接到瞬態(tài)保護器，然后才能接電路的其他部分。
　　
18、在連接器處或者離接收電路25mm的范圍內，要放置濾波電容。
　　(1)用短而粗的線連接到機箱地或者接收電路地(長度小于5倍寬度，最好小于3倍寬度)。
　　(2)信號線和地線先連接到電容再連接到接收電路。
　　
19、要確保信號線盡可能短。
　　
20、信號線的長度大于300mm時，一定要平行布一條地線。
　　
21、確保信號線和相應回路之間的環(huán)路面積盡可能小。對于長信號線每隔幾厘米便要調換信號線和地線的位置來減小環(huán)路面積。
　　
22、從網絡的中心位置驅動信號進入多個接收電路。
　　
23、確保電源和地之間的環(huán)路面積盡可能小，在靠近集成電路芯片每一個電源管腳的地方放置一個高頻電容。
　　
24、在距離每一個連接器80mm范圍以內放置一個高頻旁路電容。
　　
25、在可能的情況下，要用地填充未使用的區(qū)域，每隔60mm距離將所有層的填充地連接起來。
　　
26、確保在任意大的地填充區(qū)(大約大于25mm×6mm)的兩個相反端點位置處要與地連接。
　　
27、電源或地平面上開口長度超過8mm時，要用窄的線將開口的兩側連接起來。
　　
28、復位線、中斷信號線或者邊沿觸發(fā)信號線不能布置在靠近PCB邊沿的地方。
　　
29、將安裝孔同電路公地連接在一起，或者將它們隔離開來。
　　(1)金屬支架必須和金屬屏蔽裝置或者機箱一起使用時，要采用一個零歐姆電阻實現連接。
　　(2)確定安裝孔大小來實現金屬或者塑料支架的可靠安裝，在安裝孔頂層和底層上要采用大焊盤，底層焊盤上不能采用阻焊劑，并確保底層焊盤不采用波峰焊工藝進行焊接。
　　
30、不能將受保護的信號線和不受保護的信號線并行排列。
　　
31、要特別注意復位、中斷和控制信號線的布線。
　　(1)要采用高頻濾波。
　　(2)遠離輸入和輸出電路。
　　(3)遠離電路板邊緣。
　　
32、PCB要插入機箱內，不要安裝在開口位置或者內部接縫處。
　　
33、要注意磁珠下、焊盤之間和可能接觸到磁珠的信號線的布線。有些磁珠導電性能相當好，可能會產生意想不到的導電路徑。
　　
34、如果一個機箱或者主板要內裝幾個電路板，應該將對靜電最敏感的電路板放在最中間。