在日常生活里,走路、穿衣这些平常的活动,因摩擦会产生幅值各异的静电电压。虽说这静电能量微小,对人体无害,可对电子元器件而言,却不容小觑。在干燥环境下,人体静电(ESD)电压轻松就能超过 6 - 35Kv。当我们用手触碰电子设备、线路板(PCB)或板上元器件时,瞬间的静电放电,极有可能干扰元器件或设备,严重时甚至会损坏设备或 PCB 上的元器件。
不同行为产生的静电电压有所不同,而静电本质上是一种电能,存在于物体表面,是正负电荷局部失衡产生的现象,像常见的摩擦起电就属于静电放电。静电问题一直是电子产品的一大困扰,其放电电流产生的电磁场,会通过电容耦合、电感耦合或空间辐射耦合等方式,严重干扰电路。所以,在线路板设计的最初阶段,就必须把静电防护考虑进去。
在进行线路板设计时,PCB 布局要遵循一定原则。尽可能将静电保护器件安置在靠近输入端或者连接器的位置,而且静电保护器件与被保护线之间的线路距离要尽可能短。在容易发生静电放电的边缘,设置隔离距离至关重要。以机架类产品为例,每千伏静电电压的击穿距离大概在 1mm,要是设置一个 35mm 的隔离区,就能抵御 35Kv 的静电电压。
低速板静电防护设计
1. 走线要横平竖直,尽量减少信号线路并排走线,降低信号干扰。
2. 要是空间条件允许,走线越粗越好,增强线路稳定性。
3. 参照高速电路设计理念进行布线,提升线路性能。
4. 避免在 PCB 边缘处理时钟、复位信号等重要信号线,防止静电干扰。
5. 所有 PCB 板的传导环路,包括电源和地线环路,都应尽量缩小。
6. 单面或双面板,在无电源平面时,电源走线旁必须有一根地线。
7. 优先选择多层板布线,优化线路布局。
高速板静电防护设计
1. 走线需有良好的地平面,保障信号稳定传输。
2. 滤波器、光耦、交流电源线与弱信号线之间要保持足够间距。
3. 长距离走线添加低通滤波器(C、静电器件、RC、LC),过滤杂波。
4. 增加屏蔽罩进行隔离,防止被保护导线与未被保护导线并排走线。
5. 避免与其他器件使用同一条回路连接公共接地点,减少干扰。
防止出现静电的通用办法
1. 确保地的完整性,加大地的泄放面积,均匀平整地铺铜,维持地的电阻值稳定。
2. 对板外围进行环绕地设计,用接地包围数据线。
3. 地孔数量越多越好,让每层地紧密相连。
4. 在 PCB 上安装光耦合器或者变压器,结合介质隔离和屏蔽,抑制静电放电冲击。
5. 将 PCB 的 GND 与外壳地单点接地,防止静电放电电流在机箱上产生的电压耦合进电路,注意在电缆入口处接地。
6. 若 PCB 面积充足,且整机系统的搭接、静电泄放通道良好,可在 PCB 周围设置接地防护环,裸铜处理并通过众多过孔连接。
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