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PCB防静电设计的必要性

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平时通过走路穿衣等日常活动带来的摩擦,会产生不同幅值的静电电压,但其能量很小不会对人体产生伤害,不过对于电子元器件来说,这种静电能量却是不能忽视的。

在干燥的环境下,人体静电(ESD)的电压很容易超过6~35Kv,当用手触摸电子设备、PCB或PCB上的元器件时,会因为瞬间的静电放电,而使元器件或设备受到干扰,甚至损坏设备或PCB上的元器件。

下图大致列举了一下不同行为产生的静电电压大小:

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一、静电是如何产生的

静电是一种电能,它存在于物体表面,是正负电荷在局部失衡时,产生的一种现象,如摩擦起电就是一种静电放电现象。

静电的问题一直困扰着许多电子产品,其放电电流产生的电磁场,通过电容耦合、电感耦合或空间辐射耦合等途径,对电路造成了严重干扰,所以我们在PCB设计初期,就必须考虑到静电的防护问题。

下图是关于静电产生的示意图:

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二、PCB如何设计防静电

PCB布局的原则,一般尽可能将静电保护器件靠近输入端或者连接器,静电保护器件与被保护线之间的线路距离,应该设计得尽量短一些。对于PCB设计来说,在容易发生静电放电的边缘,设置一定的隔离距离非常重要,对于机架类产品,每千伏的静电电压的击穿距离在1mm左右,如果在容易放电的边缘设置一个3-5mm隔离区,就可以抵抗3-5Kv的静电电压。

1、低速板静电防护设计

1) 走线需横平竖直,尽量减少信号线路并排走线;

2) 如果空间允许的话,走线越粗越好;

3) 按照高速电路设计理念来进行布线;

4) 避免在PCB边缘处理重要的信号线,如时钟、复位信号等;

5) 所有PCB板的传导环路,包括电源和地线环路,应该尽量小;

6) 单面或双面板,在没有电源平面的情况下,电源走线旁边必须要跟随一根地线;

7) 尽量使用多层板布线。

2、高速板静电防护设计

1) 走线需要有良好的地平面;

2) 保持足够的间距,如滤波器、光耦、交流电源线与弱信号线;

3) 长距离走线加低通滤波器(C、静电器件、RC、LC);

4) 隔离(增加屏蔽罩),避免被保护的导线与未被保护的导线并排走线;

5) 避免与其他器件使用同一条回路来连接公共接地点。

3、防止出现静电的通用办法

1) 保持地的完整,加大地的泄放面积,平整地铺铜均匀,保持地的电阻值不变,互相之间水平状态地平面平稳;

2) 板外围进行环绕地设计,数据线用地包围;

3) 地孔越多越好,并使每层地紧密连合在一起;

4) 在PCB上安装光耦合器或者变压器,以及结合介质隔离和屏蔽,都可以很好的抑制静电放电冲击;

5) 可将PCB的GND与外壳地进行单点接地,防止静电放电电流在机箱上产生的电压耦合进电路,但需注意接地点的选择,选择在电缆入口处接地;

6) 如果PCB面积允许,并且整机系统的搭接、静电泄放通道都很好,可以在PCB周围设置接地防护环,可裸铜处理,并采用很多过孔连接。


三、防静电设计的可制造性检查

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