1.靜電放電之前靜電場(chǎng)的效應(yīng)
2.放電產(chǎn)生的電荷注入效應(yīng)
3.靜電放電電流產(chǎn)生的場(chǎng)效應(yīng)
盡管印刷線路板（PWB，通常也稱之為PCB）的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)上述三種效應(yīng)都產(chǎn)生影響，但是主要是對(duì)第三種效應(yīng)產(chǎn)生影響。下面的討論將針對(duì)第三條所述的問(wèn)題給出設(shè)計(jì)指南。
通常，源與接收電路之間的場(chǎng)耦合可以通過(guò)下列方式之一減小（這些通用方法也會(huì)在其它討論場(chǎng)的章節(jié)中提到）：
1.在源端使用濾波器以衰減信號(hào)
2.在接收端使用濾波器以衰減信號(hào)
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(fā)射天線垂直放置以減小耦合
6.在接收天線與發(fā)射天線之間加屏蔽
7.減小發(fā)射及接收天線的阻抗來(lái)減小電場(chǎng)耦合
8.增加發(fā)射或接收天線之一的阻抗來(lái)減小磁場(chǎng)耦合
9.采用一致的、低阻抗參考平面（如同多層PCB板所提供的）耦合信號(hào)，使它們保持共模方式
在 具體設(shè)計(jì)中，如電場(chǎng)或磁場(chǎng)占主導(dǎo)地位，應(yīng)用方法7和8就可以解決。然而，靜電放電一般同時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)，這說(shuō)明方法7將改善電場(chǎng)的抗擾度，但同時(shí)會(huì)使磁 場(chǎng)的抗擾度降低。方法8則與方法7帶來(lái)的效果相反。所以，方法7和8并不是完善的解決方案。不管是電場(chǎng)還是磁場(chǎng)，使用方法1～6與9都會(huì)取得一定的效果， 但PCB設(shè)計(jì)的解決方法主要取決于方法3～6和9的綜合使用。
下面詳細(xì)闡述通過(guò)方法3～6和9解決問(wèn)題的六條實(shí)踐法則及其原因所在。
一、保持環(huán)路面積最小

任意一個(gè)電路回路中有變化的磁通量穿過(guò)時(shí)，將會(huì)在環(huán)路內(nèi)感應(yīng)出電流。電流的大小與磁通量成正比。較小的環(huán)路中通過(guò)的磁通量也較少，因此感應(yīng)出的電流也較小， 這就說(shuō)明環(huán)路面積必須最小。應(yīng)用這一經(jīng)驗(yàn)的困難之處是如何找到環(huán)路。每個(gè)人都知道圖1中所示的環(huán)路，但要正確識(shí)別圖17中所示的環(huán)路則比較困難。

圖1、簡(jiǎn)單的PCB回路

圖2、電源線與地線構(gòu)成的PCB回路

與其試著去找出所有可能的環(huán)路，還不如采取下列步驟來(lái)減小環(huán)路面積：
A、電源線與地線應(yīng)緊靠在一起以減小電源和地間的環(huán)路面積。圖18示例說(shuō)明了電源線與地線同集成電路連接的幾種不同方法。

圖3、電源與地形成的環(huán)路面積的減小
B、多條電源及地線應(yīng)連接成網(wǎng)格狀。圖4和圖5說(shuō)明了這一點(diǎn)：在這個(gè)典型的PCB設(shè)計(jì)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4所示，這個(gè)典型的地線結(jié)構(gòu)會(huì)使環(huán)路面積很大，可以在雙面板上添加一些連接線以減小環(huán)路面積，如圖5所示。網(wǎng)格構(gòu)成的環(huán)路面積小得多，這將使感應(yīng)電流很 低，出現(xiàn)問(wèn)題的可能性也較小。插在底板（或母板）PCB上的PCB板，應(yīng)該有多個(gè)地線和電源線節(jié)點(diǎn)，且在連接器長(zhǎng)度方向上均勻布置。這將有利于減小整個(gè)系 統(tǒng)的環(huán)路面積。

圖4、典型的PCB地線結(jié)構(gòu)

圖5、地線網(wǎng)格

上述步驟A和B既可減小電源與地之間的環(huán)路面積，同時(shí)也可減小環(huán)路天線的效能，下面講的步驟C和D將降低天線及信號(hào)線的效率。

C、并聯(lián)的導(dǎo)線必須緊緊地放在一起，最好僅使用一條粗導(dǎo)線。圖6表明了這一原則。這就是說(shuō)，地平面不應(yīng)有大的開(kāi)口，因?yàn)檫@些開(kāi)口如同平行導(dǎo)線一般，其作用等同于環(huán)路天線。

圖6、縮短平行路徑

D、信號(hào)線應(yīng)與地線應(yīng)緊挨著放在一起。在每根信號(hào)線的旁邊安排一條地線。不過(guò)，這也許會(huì)產(chǎn)生很多平行地線。為了避免這個(gè)問(wèn)題，如前所述，可采用地平面或地線網(wǎng)格，而不采用單條地線。一個(gè)例子如圖22所示。在這里，假設(shè)由于某種原因信號(hào)線不能移動(dòng)。

圖7、信號(hào)線與地線緊挨著布線

可在與信號(hào)線相對(duì)的一面上布置地線面，如圖8所示。實(shí)際上，將空余PCB部分填以地線面是個(gè)好辦法。

圖8、信號(hào)線與地線或地平面的分層布線
E、特別敏感的器件之間的較長(zhǎng)的電源線或信號(hào)線應(yīng)每隔一定間隔與地線的位置對(duì)調(diào)一下。對(duì)調(diào)的含義是將一根導(dǎo)線從上移到下面，或從左邊移到右邊，另一根導(dǎo)線則做相反的調(diào)整。圖24表明了這種方法與減小環(huán)路面積的等同效果：對(duì)調(diào)有關(guān)導(dǎo)線后，只有較小的環(huán)路存在。
F、在電源線與地線間安裝高頻旁路電容。因?yàn)樵陟o電放電較低的頻率段，旁路電容的阻抗較低，在這些頻率處，旁路電容能有效減小電源與地間的環(huán)路面積。然而，在靜電放電較高的頻率段，由于寄生電感的影響，即使是高頻電容，其作用也很有限。
當(dāng)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?yàn)榄h(huán)路面積已經(jīng)足夠小了。圖9和10說(shuō)明了這種效果。即使在每個(gè)元件旁邊都安裝旁路電容器，圖9中的電路仍有很大的環(huán)路面積。

圖9、安裝旁路電容器的大環(huán)路面積

圖10、安裝旁路電容的小環(huán)路面積
圖10 中所示的電路，由于將電源線與地線緊挨著放在一起布置，使得環(huán)路面積大大減小。然而，即使將電源線與地線并列分布，較長(zhǎng)的導(dǎo)線仍會(huì)導(dǎo)致較大的環(huán)路面積。
二、使導(dǎo)線長(zhǎng)度盡量短

天線要具有較高的效率，其長(zhǎng)度必須是波長(zhǎng)很大的一部分。這就是說(shuō)，較長(zhǎng)的導(dǎo)線將有利于接收靜電放電脈沖產(chǎn)生的更多的頻率成份；而較短的導(dǎo)線只能接收較少的頻率成分。因此，短導(dǎo)線從靜電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)中接收并饋入電路的能量較少。
使導(dǎo)線盡可能短是一個(gè)比是環(huán)路面積盡量小更容易實(shí)現(xiàn)的措施。因?yàn)樗幌笮盘?hào)環(huán)路那樣不容易識(shí)別，環(huán)路面積的盡可能小不可能立即看到，而導(dǎo)線的長(zhǎng)短則是很顯然的。有關(guān)設(shè)計(jì)步驟如下：
a)使所有元件緊靠在一起，PCB設(shè)計(jì)人員不應(yīng)將元件過(guò)于分散而占用更多的面積；
b)在相關(guān)的元件組，相互之間具有很多互連線的元件應(yīng)彼此靠得很近。例如，I/O器件是與I/O連接器盡量靠得近些；
c)如有可能的話，從線路板的中心饋送電源或信號(hào)，而不要從線路板邊緣饋送，如圖27所示，中間的饋送信號(hào)使大多數(shù)元件的連線最短。當(dāng)線路板為正方形時(shí)，這樣做的效果最明顯，當(dāng)線路板狹長(zhǎng)時(shí)，效果則不很明顯。但只要可能，還是應(yīng)該盡量這樣做。
前 面提出的PCB設(shè)計(jì)規(guī)則主要針對(duì)靜電放電電流產(chǎn)生的場(chǎng)效應(yīng)。但值得注意的是，前面介紹的降低天線效率的方法，這也有助于防止共模噪聲轉(zhuǎn)化成會(huì)帶來(lái)更大麻煩 的差模噪聲，這在本章開(kāi)始列出的一般性方法的第9條中已提及過(guò)。之所以有這樣的效果，是因?yàn)榍笆龅母鞣N步驟都有助于減小各種PCB回路的阻抗差異。例如， 規(guī)則一中的步驟D特別有用，因?yàn)檫@樣處理會(huì)使信號(hào)線與相關(guān)地線的回路阻抗幾乎相等。因此，串入到這兩條路徑中的共模噪聲在幅度上也很接近，產(chǎn)生的差模噪聲 極小。另外，PCB設(shè)計(jì)也能采取措施減小由于靜電場(chǎng)和電荷注入所帶來(lái)的問(wèn)題。下面講述的規(guī)則就與這個(gè)問(wèn)題有關(guān)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)規(guī)則與前述規(guī)則相同。
三、盡可能在PCB上使用完整的地線面（建議采用多層板）

前 面已提到過(guò)，地線面有助于減小環(huán)路面積，同時(shí)也降低了接收天線的效率。地線面作為一個(gè)重要的電荷源，可抵消靜電放電源上的電荷，這有利于減小靜電場(chǎng)帶來(lái)的 問(wèn)題。PCB地線面也可作為其對(duì)面信號(hào)線的屏蔽體（當(dāng)然，地線面的開(kāi)口越大，其屏蔽效能就越低）。另外，如果發(fā)生放電，由于PCB板的地平面很大，電荷很 容易注入到地線面中，而不是進(jìn)入到信號(hào)線中。這樣將有利于對(duì)元件進(jìn)行保護(hù)，因?yàn)樵谝鹪p壞前，電荷可以泄放掉。（然而，即使泄放到地的電荷也可能損壞 器件，應(yīng)采取措施加以避免）
四、加強(qiáng)電源線和地線之間的電容耦合

電源線與地線間的耦合通過(guò)兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，這在前面已經(jīng)提到過(guò)。
A、使電源線與地線靠得很近，或采用多層PCB板。這將在電源線和地線間產(chǎn)生更多的寄生電容。
B、 在電源線與地線之間接入高頻旁路電容（電容組合方式可適用于靜電放電頻率較低和較高的場(chǎng)合）。電源線與地線間的耦合將有助于減小電荷注入問(wèn)題。兩個(gè)物體之 間由各個(gè)物體上電荷量的差異造成的電壓取決于兩者（V=Q/C）間的電容。如果X庫(kù)侖的電荷注入到電源線中，就會(huì)在電源線和地線間產(chǎn)生Y伏的電壓。如果電 源線與地線間的電容增加一倍，X庫(kù)侖的電荷將僅僅產(chǎn)生Y/2伏的電壓。當(dāng)然，這個(gè)較小的電壓造成損壞的可能性也相應(yīng)減小。
五、隔離電子元件與靜電放電電荷源

在靜電放電效應(yīng)的討論中，曾指出注入到電子儀器中的電荷可通過(guò)隔離來(lái)解決。對(duì)于PCB設(shè)計(jì)，這主要指將電子儀器與可能的電荷源隔離開(kāi)，也與連接器端口或感應(yīng)電流趨于集中的信號(hào)線相隔離。可采取以下兩個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行隔離：
A、使電子元件與PCB走線遠(yuǎn)離會(huì)暴露在靜電放電中的PCB部分（例如，操作人員可直接觸摸到的地方）。
B、使電子元件和PCB走線遠(yuǎn)離會(huì)暴露在靜電放電中的任意一個(gè)金屬物體（包括螺釘、機(jī)架、連接器外殼等）。后一個(gè)要求小于下面的設(shè)計(jì)規(guī)則相關(guān)聯(lián)。
六、PCB上的機(jī)殼地線的阻抗要低，隔離要好

盡管PCB軌線上的阻焊層有利于隔離PCB走線，但阻焊層可能會(huì)導(dǎo)致插針孔發(fā)生電弧。
A、隔離機(jī)殼地線的最好方法是使之遠(yuǎn)離電子儀器。另外，如果機(jī)殼地線的阻抗很低，靜電放電電流易于通過(guò)，就不會(huì)發(fā)生電弧。當(dāng)然，如此迅速的電荷泄放會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的場(chǎng)，但這比電荷通過(guò)電弧直接注入到電路中好得多。
B、機(jī)殼地線的長(zhǎng)度不能超過(guò)其寬度的四或五倍。比這個(gè)比例更寬的地線僅能使其阻抗（電感）稍微減小，但是更窄的地線卻會(huì)使其阻抗大幅度增加。這個(gè)長(zhǎng)寬比例意味著機(jī)殼地線必須很短才行，否則當(dāng)?shù)鼐€增長(zhǎng)時(shí)，其寬度要很寬。
設(shè)計(jì)規(guī)則的優(yōu)先級(jí)

至此，關(guān)于防止靜電放電危害的PCB設(shè)計(jì)技術(shù)的討論已告一段落。當(dāng)然，有些時(shí)候，這些規(guī)則不能全部滿足。這時(shí)，必須有意識(shí)地對(duì)一些東西進(jìn)行取舍。本章開(kāi)始部分提出三類潛在的靜電放電危害可用于確定處理靜電放電問(wèn)題的一般順序。通常是采用以下順序來(lái)進(jìn)行考慮：
1、防止電荷注入到系統(tǒng)電路，因?yàn)檫@會(huì)造成損壞電路。
2、防止靜電放電電流產(chǎn)生的場(chǎng)帶來(lái)的問(wèn)題。
3、防止靜電場(chǎng)。
所幸的是，這些規(guī)則的大部分都是兼容的，在典型的PCB設(shè)計(jì)中，所有的問(wèn)題都可以得到很好的解決。
PCB設(shè)計(jì)指南總結(jié)

對(duì)于靜電放電問(wèn)題的解決方案，可按以下十二條規(guī)則來(lái)進(jìn)行（按優(yōu)先順序排列）：
1、PCB上的非絕緣機(jī)殼地線必須與其他走線相距至少2.2毫米。這適用于連接到機(jī)殼地上的所有物體，包括軌線；
2、機(jī)殼地線的長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)其寬度的五倍；
3、使未絕緣的電路與操作人員可觸摸到的PCB區(qū)域或未接地的金屬物體相隔至少2厘米以上；
4、電源線與地線要么并排平行地放在PCB的同一層上，要么放在相鄰的兩層；
5、 地平面和地線必須連成網(wǎng)格狀。在任意一個(gè)方向上，垂直地線與水平地線至少每隔6厘米連接一次。尤其是雙面PCB板，也就是說(shuō)，PCB板的第一層可以布水平 的地線，而第二層可布垂直的地線，必須至少每隔6厘米放置一個(gè)過(guò)孔以將兩者相連（當(dāng)然，在小于6厘米的地方進(jìn)行連接是更好的，地平面比地線網(wǎng)格要好一 些）；
6、所有信號(hào)線必須在地線面邊緣或地線以內(nèi)13毫米以上。地線既可以布在與信號(hào)線相同的層，也可布在與之
緊挨著的層上。如果信號(hào)線的長(zhǎng)度達(dá)到30厘米或其以上，則必須在其旁邊放置一根地線，在信號(hào)線上方或其
相鄰面上放置地線也是可以的；
7、電源線與地線之間跨接的旁路電容器，彼此之間的距離不能大于8厘米（這樣每片集成塊可能會(huì)有多個(gè)旁路
電容相連）；
8、相互之間連線較多的元件要靠在一起；
9、所有元件必須盡可能靠近I/O連接器（注意，首先應(yīng)滿足第3條）；
10、將PCB的空余部分全部填以地線（應(yīng)注意在每隔6厘米的地方進(jìn)行連接以產(chǎn)生地線網(wǎng)格）；
11、如可能的話，將饋送電源線或信號(hào)線從PCB板的邊緣中心處引出，而不應(yīng)從某一個(gè)角上引出來(lái)。
12、對(duì)于特別敏感且較長(zhǎng)的信號(hào)線（30厘米或更長(zhǎng)），應(yīng)每隔一定間隔與其地線對(duì)調(diào)。
注意：這些設(shè)計(jì)規(guī)則必須應(yīng)用到系統(tǒng)內(nèi)的所有PCB板上（例如主板及插在上面的板卡）。例如，當(dāng)應(yīng)用第2條時(shí)，機(jī)殼地線長(zhǎng)度包括母板與子板所有地線的長(zhǎng)度之和。

文章知識(shí)內(nèi)容來(lái)源于電子工程專輯，如果侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系小編。

關(guān)于云創(chuàng)硬見(jiàn)

云創(chuàng)硬見(jiàn)是國(guó)內(nèi)最具特色的電子工程師社區(qū)，融合了行業(yè)資訊、社群互動(dòng)、培訓(xùn)學(xué)習(xí)、活動(dòng)交流、設(shè)計(jì)與制造分包等服務(wù)，以開(kāi)放式硬件創(chuàng)新技術(shù)交流和培訓(xùn)服務(wù)為核心，連接了超過(guò)30萬(wàn)工程師和產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，聚焦電子行業(yè)的科技創(chuàng)新，聚合最值得關(guān)注的產(chǎn)業(yè)鏈資源， 致力于為百萬(wàn)工程師和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型企業(yè)打造一站式公共設(shè)計(jì)與制造服務(wù)平臺(tái)。