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ESD在設計當中（zhōng）應遵循的抑止準則

更新時（shí）間：2021-03-01 點擊次數：1307

PCB布線（xiàn）是（shì）ESD防（fáng）護的一個關鍵要素，合理的PCB設計可以減少故障（zhàng）檢查及返工所帶來的不必要成本。在PCB設計中，由於（yú）采用（yòng）了瞬態電壓抑止器（TVS）二極管來抑止（zhǐ）因（yīn）ESD放電產生的直接電荷注（zhù）入，因此PCB設計中更重要的是克服放電電流產（chǎn）生的電（diàn）磁幹擾（EMI）電磁場效應。本文（wén）將提供可以優化（huà）ESD防護的PCB設計準則。

1、電路環路

電流通過感應進入到電路環路，這些（xiē）環（huán）路是封閉的，並具有變（biàn）化的磁通量。電流的幅度與環的（de）麵積成正比。較大的環路包含有較多的磁通量，因而在電路中感應出較強的電流（liú）。因此，必須減少環路麵積。

.常.見的環（huán）路如圖所示，由電源和地線所形成。在可能（néng）的條件下，可以采（cǎi）用具有電源及接地層的多層PCB設計。多層電路板不僅將電（diàn）源和接地間（jiān）的回路麵積減到小，而且也（yě）減小了ESD脈衝產生的高頻EMI電磁場。

如果不能采（cǎi）用多層電路板，那麽用於電源線和接地（dì）的線（xiàn）必須連接成如圖2所示的網格狀。網（wǎng）格連接可以起到電源和接地（dì）層的作用，用過孔連接（jiē）各層的（de）印製線，在每個方向上過孔連接間隔應該在6厘米內。另外，在布線時，將電（diàn）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（yī）個方（fāng）法是減小互連器件間的平行通路，見圖。

當必須（xū）采用（yòng）長於30厘米的信（xìn）號連（lián）接線時，可以采（cǎi）用保護線，如圖所示。一個更好的辦法是在（zài）信號線附近（jìn）放置地層。信號（hào）線應該距保護線（xiàn）或接地線層13毫米以內。

如圖6所示，將每個敏感元件的長信號線（>30厘米）或電源線與其接地線進行（háng）交叉布置。交叉的（de）連線必須從上到下或從左到右的規則（zé）間隔布置。

2、電路連線長度

長的信號線也可成為接收ESD脈衝能量的天線（xiàn），盡量使用較短信號線可以降低信號線作為接（jiē）收ESD電磁場天線的效率。盡量將互連的器件放（fàng）在相鄰位置，以減少互連的印製線長度。

3、地電荷注入

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ESD對（duì）地線層（céng）的直接放電可能（néng）損（sǔn）壞敏感（gǎn）電路。在使用TVS二極管的同時還要使用（yòng）一個或多個高頻旁路電容器（qì），這些電容器放置在易損元件的電源和地（dì）之間（jiān）。旁路電容減少了電荷注（zhù）入，保持了電源與（yǔ）接地端口的（de）電壓差。

TVS使感應（yīng）電流分流，保持TVS鉗位電（diàn）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（見圖），要確保TVS到地通路以（yǐ）及電（diàn）容器管腳長度為短，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，通過短線與焊盤連接。

4、PCB設（shè）計（jì）的其它準則

避免在PCB邊緣安排重要的信號線，如時鍾和複位信號等；

將PCB上未使（shǐ）用的（de）部分設置為接地麵；

機殼地線（xiàn）與信號（hào）線間隔至少為（wéi）4毫米；

保持機殼地線的長寬比小（xiǎo）於5:1，以減少（shǎo）電感效應；

用TVS二極管來保護所有的外部連（lián）接；

5、保護電路中的寄生（shēng）電感

TVS二極管（guǎn）通路中的寄生電感在發生ESD事件時會產生嚴重的電壓過衝。盡（jìn）管使用了TVS二極管，由（yóu）於在（zài）電感負載兩端的感應電壓VL=L×di/dt，過高的過衝電壓仍然可能超過被（bèi）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生（shēng）的電壓（yā）之和，VT=VC+VL。一個ESD瞬態感應電流在小（xiǎo）於1ns的時間內就能達（dá）到峰值（依（yī）據IEC 61000-4-2標準），假定引線電（diàn）感為每（měi）英寸20nH，線長為四分之一英寸，過衝電壓將是50V/10A的脈衝。經（jīng）驗設計準（zhǔn）則是將分流通路設計得盡可能短，以此減少寄生電感效（xiào）應。

所有的電感性通路必須考慮（lǜ）采用（yòng）接（jiē）地回路，TVS與被保護信（xìn）號線（xiàn）之間的通路，以及連接器（qì）到TVS器件（jiàn）的通路。被保護（hù）的信號線應（yīng）該直接連接到接地麵，若無接地麵，則接地回路的連線應盡可能短。TVS二極管的接地和（hé）被保護電路（lù）的接地點之間的距離應盡可能短，以減少接（jiē）地平麵的寄生電感。

後，TVS器件應該盡可（kě）能靠近連接器以減少進入附（fù）近線路的瞬態耦合。雖然（rán）沒有到達連接（jiē）器的直（zhí）接通路，但這種二次（cì）輻（fú）射效（xiào）應也會導致（zhì）電路板其它部分的工（gōng）作紊亂。