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干貨分享:PCB防靜電設計的必要性

小米 ? 來源:jf_32813774 ? 作者:jf_32813774 ? 2023-05-12 11:56 ? 次閱讀

平時通過走路穿衣等日常活動帶來的摩擦,會產生不同幅值的靜電電壓,但其能量很小不會對人體產生傷害,不過對于電子元器件來說,這種靜電能量卻是不能忽視的。

在干燥的環境下,人體靜電(ESD)的電壓很容易超過6~35Kv,當用手觸摸電子設備、PCB或PCB上的元器件時,會因為瞬間的靜電放電,而使元器件或設備受到干擾,甚至損壞設備或PCB上的元器件。

下圖大致列舉了一下不同行為產生的靜電電壓大小:

wKgZomRdt5-AWU4qAAAjhq5FaaQ296.jpg

靜電是如何產生的

靜電是一種電能,它存在于物體表面,是正負電荷在局部失衡時,產生的一種現象,如摩擦起電就是一種靜電放電現象。

靜電的問題一直困擾著許多電子產品,其放電電流產生的電磁場,通過電容耦合、電感耦合或空間輻射耦合等途徑,對電路造成了嚴重干擾,所以我們在PCB設計初期,就必須考慮到靜電的防護問題。

下圖是關于靜電產生的示意圖:

wKgaomRdt5-AVuyeAABdnDtDNkM022.jpg

PCB如何設計防靜電

PCB布局的原則,一般盡可能將靜電保護器件靠近輸入端或者連接器,靜電保護器件與被保護線之間的線路距離,應該設計得盡量短一些。

對于PCB設計來說,在容易發生靜電放電的邊緣,設置一定的隔離距離非常重要,對于機架類產品,每千伏的靜電電壓的擊穿距離在1mm左右,如果在容易放電的邊緣設置一個35mm隔離區,就可以抵抗35Kv的靜電電壓。

1

低速板靜電防護設計

1)走線需橫平豎直,盡量減少信號線路并排走線;

2)如果空間允許的話,走線越粗越好;

3)按照高速電路設計理念來進行布線;

4)避免在PCB邊緣處理重要的信號線,如時鐘、復位信號等;

5)所有PCB板的傳導環路,包括電源和地線環路,應該盡量小;

6)單面或雙面板,在沒有電源平面的情況下,電源走線旁邊必須要跟隨一根地線;

7)盡量使用多層板布線。

2

高速板靜電防護設計

1)走線需要有良好的地平面;

2)保持足夠的間距,如濾波器光耦、交流電源線與弱信號線;

3)長距離走線加低通濾波器(C、靜電器件、RC、LC);

4)隔離(增加屏蔽罩),避免被保護的導線與未被保護的導線并排走線;

5)避免與其他器件使用同一條回路來連接公共接地點。

3

防止出現靜電的通用辦法

1)保持地的完整,加大地的泄放面積,平整地鋪銅均勻,保持地的電阻值不變,互相之間水平狀態地平面平穩;

2)板外圍進行環繞地設計,數據線用地包圍;

3)地孔越多越好,并使每層地緊密連合在一起;

4)在PCB上安裝光耦合器或者變壓器,以及結合介質隔離和屏蔽,都可以很好的抑制靜電放電沖擊;

5)可將PCB的GND與外殼地進行單點接地,防止靜電放電電流在機箱上產生的電壓耦合進電路,但需注意接地點的選擇,選擇在電纜入口處接地;

6)如果PCB面積允許,并且整機系統的搭接、靜電泄放通道都很好,可以在PCB周圍設置接地防護環,可裸銅處理,并采用很多過孔連接。

審核編輯黃宇

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