印刷线路板设计指南防静电

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1、本章將討論靜電放電引起的系統問題的硬體解決措施。為了便於對系統硬體解決進行討論，將系統上的靜電放電效應劃分成以下三個部分：　　1.靜電放電之前靜電場的效應　　2.放電產生的電荷注入效應　　3.靜電放電電流產生的場效應　　儘管印刷線路板（PWB，通常也稱之為PCB）的設計會對上述三種效應都產生影響，但是主要是對第三種效應產生影響。下面的討論將針對第三條所述的問題給出設計指南。　　通常，源與接收電路之間的場耦合可以通過下列方式之一減小（這些通用方法也會在其他討論場的章節中提到）：　　1.在源端使用濾

2、波器以衰減信號　2.在接收端使用濾波器以衰減信號　　3.增加距離以減小耦合　　4.降低源和/或接收電路的天線效果以減小耦合　5.將接收天線與發射天線垂直放置以減小耦合　6.在接收天線與發射天線之間加遮罩　　7.減小發射及接收天線的阻抗來減小電場耦合　　8.增加發射或接收天線之一的阻抗來減小磁場耦合　　9.採用一致的、低阻抗參考平面（如同多層PCB板所提供的）耦合信號，使它們保持共模方式　　在具體設計中，如電場或磁場占主導地位，應用方法7和8就可以解決。然而，靜電放電一般同時產生電場和磁場，這說明

3、方法7將改善電場的抗擾度，但同時會使磁場的抗擾度降低。方法8則與方法7帶來的效果相反。所以，方法7和8並不是完善的解決方案。不管是電場還是磁場，使用方法1～6與9都會取得一定的效果，但PCB設計的解決方法主要取決於方法3～6和9的綜合使用。　　下面詳細闡述通過方法3～6和9解決問題的六條實踐法則及其原因所在。一、保持環路面積最小　　任意一個電路回路中有變化的磁通量穿過時，將會在環路內感應出電流。電流的大小與磁通量成正比。較小的環路中通過的磁通量也較少，因此感應出的電流也較小，這就說明環路面積必須

4、最小。應用這一經驗的困難之處是如何找到環路。每個人都知道圖16中所示的環路，但要正確識別圖17中所示的環路則比較困難。8　　　圖16簡單的PCB回路　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖17電源線與地線構成的PCB回路　　與其試著去找出所有可能的環路，還不如採取下列步驟來減小環路面積：　　A、電源線與地線應緊靠在一起以減小電源和地間的環路面積。圖18示例說明了電源線與地線同積體電路連接的幾種不同方法。圖18電源與地形成的環路面積的減小　B、多條電源及地線應連接成網格狀。圖

5、19和圖20說明了這一點：在這個典型的PCB設計中，PCB的一面布垂直線，而另一面則布水平線（此圖中僅畫出地線）。　　如圖19所示，這個典型的地線結構會使環路面積很大，可以在雙面板上添加一些連接線以減小環路面積，如圖20所示。網格構成的環路面積小得多，這將使感應電流很低，出現問題的可能性也較小。插在底板（或母板）8圖19典型的PCB地線結構PCB上的PCB板，應該有多個地線和電源線節點，且在連接器長度方向上均勻佈置。這將有利於減小整個系統的環路面積。 圖20地線網格8上述步驟A和B既可減小電源與

6、地之間的環路面積，同時也可減小環路天線的效能，下面講的步驟C和D將降低天線及信號線的效率。　　C、並聯的導線必須緊緊地放在一起，最好僅使用一條粗導線。圖21表明了這一原則。這就是說，地平面不應有大的開口，因為這些開口如同平行導線一般，其作用等同於環路天線。圖21縮短平行路徑D、信號線應與地線應緊挨著放在一起。在每根信號線的旁邊安排一條地線。不過，這也許會產生很多平行地線。為了避免這個問題，如前所述，可採用地平面或地線網格，而不採用單條地線。一個例子如圖22所示。在這裏，假設由於某種原因信號線不能

7、移動。8圖22信號線與地線緊挨著佈線可在與信號線相對的一面上佈置地線面，如圖23所示。實際上，將空餘PCB部分填以地線面是個好辦法。圖23信號線與地線或地平面的分層佈線　E、特別敏感的器件之間的較長的電源線或信號線應每隔一定間隔與地線的位置對調一下。對調的含義是將一　　根導線從上移到下面，或從左邊移到右邊，另一根導線則做相反的調整。圖24表明了這種方法與減小環路面積的等同效果：對調有關導線後，只有較小的環路存在。　　F、在電源線與地線間安裝高頻旁路電容。因為在靜電放電較低的頻率段，旁路電容的阻抗

8、較低，在這些頻率　　處，旁路電容能有效減小電源與地間的環路面積。然而，在靜電放電較高的頻率段，由於寄生電感的影響，即使是高頻電容，其作用也很有限。8　　當然，電源線與地線彼此靠得越近，濾波電容的效果就越不明顯。因為環路面積已經足夠小了。圖25和26說明了這種效果。即使在每個元件旁邊都安裝旁路電容圖25中的電路仍有很大的環路面積　　　　　　圖26安裝旁路電容器的大環路面積  佈置，使得環路面積大大減小。然而，即使將電源線與地線並列分佈，較長的導線仍會導致較大的環路面積。二、使導線長度儘量短　　天線