pcb板设计与esd静电释放

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1、一、静电对PCB板的危害1、静电的三个特点及危害①吸引或排斥（吸附灰尘）②与大地有电位差（可高达几万伏特，造成半导体器件的介质击穿）③会产生放电电流：静电放电与稳压电源产生的电，本质上都是电荷积聚，但是有着明显的区别。首先稳压源是持续输出，稳定放电，而静电放电的电源是空间电荷，能量较小。虽然能量较小，但是放电过程十分短暂，往往是一瞬间就完成，只能提供爆炸性的击穿能量，会产生极大的破坏力。静电放电的能量较小，但其电气很复杂，无法控制也无法预测。2、人体静电了解人体静电来自于FI常生活屮人体消耗的机械能转换而来。人体是一个静电导体当人体与大地绝缘的时候（未佩戴静电环等等），就类似于一个电容，当

2、人体产生一个很细微的动作吋，就会引起相当高的静电电压（峰值高达上万伏特，只是能量很低）。当静电释放到静电敏感器件时，就会造成敏感器件的损伤。假设PCB板是一座城市，而上面的每一个器件是一座建筑。毫无疑问，带静电的手就是能够带来落雷与闪电的宙斯之手。3、静电进入电子设备的耦合途径ESD会通过各种各样的耦合途径找到设备的薄弱点。ESD频率范阑宽，不仅仅是一些离散的频点，它甚至可以进入窄带电路中。为了防止ESD干扰和损毁，必须隔离这些路径或者加强设备的抗ESD能力：①初始电场能容性耦合到表面及较大的网络上，并在ESD电弧100mm处产生高达4000V/m的高压。②电弧注入的电荷/电流可以产生以下

3、的损坏和故障；a、穿透元器件内部薄的绝缘层，损毁MOSFET和CMOS器件的栅极。b、CMOS器件中的触发器锁死。c、短路反偏的PN结。d、短路正向偏置的PN结。e、融化有源器件内部的焊接线或铝线。③电流会导致导体上电压脉冲（V=Lxdl/dt）,这些导体可能是电源、地或信号线,这些电压脉冲将进入与这些网络相连的每一个器件。④电弧会产生一个频率范围在1MHz到500MHz的强磁场，并感性耦合到临近的每一个布线环路，在离ESD电弧100mm远的地方产生高达15A/m的电流。⑤电弧辐射的电磁场会耦合到长的信号线上，这些信号线起到接收天线的作用。ESD电弧电流放电时首先对被击中金属物体的寄生电界

4、充电，然后流经每一个可能的导电路径。电弧电流更容易在片状、或短而宽的带状导体而不是窄线上流过。金属部件之间通过绑定建立低阻抗的路径，从而使相互之间的电压降至最低，而接地则是提供最终泄放掉累积电荷的路径。为了使接地和绑定能够有效地防止ESD，应确保ESD电流密度和电流路径阻抗尽可能低：①在ESD电流预计会流过的位置采用多点接地。②在预计ESD电流不会流过的位置采用单点接地。③在靠近连接器的地方，要将连接器上的信号用一个L-C或者磁珠•电容滤波器接到外壳的地上。二、PCB板设计时静电的防控手段1、尽可能使用多层PCB相对于双面PCB板而言，地平面和电源平面以及排列紧密的信号线-地线间距能够减小

5、共模阻抗和感性耦合，使之达到双面PCB板的1/10到1/100。通俗一点来讲，在多层PCB屮，GND层作为一个重要的电荷源，可抵消静电放电源上的电荷，这有利于减小静电场带来的问题。PCB地层也可以作为其对信号线的屏蔽体。当发生静电放电时，电荷会很容易注入到地层，而不是进入到信号层然后窜入信号线中。这样有利于对器件进行保护，因为在引起破坏之前，电荷就释放掉了。就是我们说的ESD(Electro-staticdischarge)。具体的办法：①尽量将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层；②对于顶层和底层表面都有源器件、具有很短连接线以及许多填充地的高密度PCB，可以考虑使川内线层。大多数的信号

6、线以及电源和地平面都在内层上，因而类似于具备屏蔽功能的法拉第盒。2、地电荷注入ESD对地线层的直接放电可能损坏敏感电路。在使用TVS二极管的同时还要使用一个或一组商频旁路电容。旁路电容充电吸收大:W:的电荷，TVS使感应电流分流，保持TVS钳位电压的电压差。TVS及旁路电容应放在距离被保护的1C尽可能近的位罝,要确保TVS到地通路以及电容接线最短，以减少寄生电感效应。3、寄生电感在使用TVS来对静电放电分流吋，还需要注意一个问题，就是TVS管的寄生电感效应。寄生电感的存在会产生严重的电压过冲。尽管使用了TVS二极管，由于在电感负载两端的感应电压VL=L*di/dt,此感应电压仍然可能超过被

7、保护1C的损坏电压阀值。保护电路承受的总电压是TVS二极管钳位电压与寄生电感产生的电压之和。一个ESD瞬态感应电流在小于Ins的吋间内就能达到峰值(依据IEC61000-4-2标准)。经验设计准则是将分流通路设计得尽可能短，以此减少寄生电感效应。所有的点感性通路必须考虑采用接地回路，TVS与被保护信号线之间的通路，以及连接到TVS其间的通路。被保护的信号线应该直接连接到接地而，若无接地而，则接地冋路的连线应尽可能短。TV