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解析PCB板設計中抗ESD的常見(jiàn)防范措施

文章發(fā)布于:2016-12-15 作者:admin 瀏覽次數:

來(lái)自人體、環(huán)境甚至電子設備內部的靜電對于精密的半導體芯片會(huì )造成各種損傷,例如穿透元器件內部薄的絕緣層;損毀MOSFET和CMOS元器件的柵極;CMOS器件中的觸發(fā)器鎖死;短路反偏的PN結;短路正向偏置的PN結;熔化有源器件內部的焊接線(xiàn)或鋁線(xiàn)。為了消除靜電釋放(ESD)對電子設備的干擾和破壞,需要采取多種技術(shù)手段進(jìn)行防范。

在PCB板的設計當中,可以通過(guò)分層、恰當的布局布線(xiàn)和安裝實(shí)現PCB的抗ESD設計。在設計過(guò)程中,通過(guò)預測可以將絕大多數設計修改僅限于增減元器件。通過(guò)調整PCB布局布線(xiàn),能夠很好地防范ESD。以下是一些常見(jiàn)的防范措施。

*盡可能使用多層PCB,相對于雙面PCB而言,地平面和電源平面,以及排列緊密的信號線(xiàn)-地線(xiàn)間距能夠減小共模阻抗和感性耦合,使之達到雙面PCB的1/10到1/100。盡量地將每一個(gè)信號層都緊靠一個(gè)電源層或地線(xiàn)層。對于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線(xiàn)以及許多填充地的高密度PCB,可以考慮使用內層線(xiàn)。

*對于雙面PCB來(lái)說(shuō),要采用緊密交織的電源和地柵格。電源線(xiàn)緊靠地線(xiàn),在垂直和水平線(xiàn)或填充區之間,要盡可能多地連接。一面的柵格尺寸小于等于60mm,如果可能,柵格尺寸應小于13mm。

*確保每一個(gè)電路盡可能緊湊。

*盡可能將所有連接器都放在一邊。

*在每一層的機箱地和電路地之間,要設置相同的“隔離區”;如果可能,保持間隔距離為0.64mm。

*PCB裝配時(shí),不要在頂層或者底層的焊盤(pán)上涂覆任何焊料。使用具有內嵌墊圈的螺釘來(lái)實(shí)現PCB與金屬機箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。

*如果可能,將電源線(xiàn)從卡的中央引入,并遠離容易直接遭受ESD影響的區域。

*在引向機箱外的連接器(容易直接被ESD擊中)下方的所有PCB層上,要放置寬的機箱地或者多邊形填充地,并每隔大約13mm的距離用過(guò)孔將它們連接在一起。

*在卡的邊緣上放置安裝孔,安裝孔周?chē)脽o(wú)阻焊劑的頂層和底層焊盤(pán)連接到機箱地上。

*在卡的頂層和底層靠近安裝孔的位置,每隔100mm沿機箱地線(xiàn)將機箱地和電路地用1.27mm寬的線(xiàn)連接在一起。與這些連接點(diǎn)的相鄰處,在機箱地和電路地之間放置用于安裝的焊盤(pán)或安裝孔。這些地線(xiàn)連接可以用刀片劃開(kāi),以保持開(kāi)路,或用磁珠/高頻電容的跳接。

*如果電路板不會(huì )放入金屬機箱或者屏蔽裝置中,在電路板的頂層和底層機箱地線(xiàn)上不能涂阻焊劑,這樣它們可以作為ESD電弧的放電極。

*要以下列方式在電路周?chē)O置一個(gè)環(huán)形地:

(1)除邊緣連接器以及機箱地以外,在整個(gè)外圍四周放上環(huán)形地通路。

(2)確保所有層的環(huán)形地寬度大于2.5mm。

(3)每隔13mm用過(guò)孔將環(huán)形地連接起來(lái)。

(4)將環(huán)形地與多層電路的公共地連接到一起。

(5)對安裝在金屬機箱或者屏蔽裝置里的雙面板來(lái)說(shuō),應該將環(huán)形地與電路公共地連接起來(lái)。不屏蔽的雙面電路則應該將環(huán)形地連接到機箱地,環(huán)形地上不能涂阻焊劑,以便該環(huán)形地可以充當ESD的放電棒,在環(huán)形地(所有層)上的某個(gè)位置處至少放置一個(gè)0.5mm寬的間隙,這樣可以避免形成一個(gè)大的環(huán)路。信號布線(xiàn)離環(huán)形地的距離不能小于0.5mm。

*在能被ESD直接擊中的區域,每一個(gè)信號線(xiàn)附近都要布一條地線(xiàn)。

*I/O電路要盡可能靠近對應的連接器。

*對易受ESD影響的電路,應該放在靠近電路中心的區域,這樣其他電路可以為它們提供一定的屏蔽作用。

*通常在接收端放置瞬態(tài)保護器。用短而粗的線(xiàn)(長(cháng)度小于5倍寬度,最好小于3倍寬度)連接到機箱地。從連接器出來(lái)的信號線(xiàn)和地線(xiàn)要直接接到瞬態(tài)保護器,然后才能接電路的其他部分。

*通常在接收端放置串聯(lián)的電阻和磁珠,而對那些易被ESD擊中的電纜驅動(dòng)器,也可以考慮在驅動(dòng)端放置串聯(lián)的電阻或磁珠。

*在連接器處或者離接收電路25mm的范圍內,要放置濾波電容。

(1)用短而粗的線(xiàn)連接到機箱地或者接收電路地(長(cháng)度小于5倍寬度,最好小于3倍寬度)。

(2)信號線(xiàn)和地線(xiàn)先連接到電容再連接到接收電路。

*要確保信號線(xiàn)盡可能短。

*信號線(xiàn)的長(cháng)度大于300mm時(shí),一定要平行布一條地線(xiàn)。

*確保信號線(xiàn)和相應回路之間的環(huán)路面積盡可能小。對于長(cháng)信號線(xiàn)每隔幾厘米便要調換信號線(xiàn)和地線(xiàn)的位置來(lái)減小環(huán)路面積。

*從網(wǎng)絡(luò )的中心位置驅動(dòng)信號進(jìn)入多個(gè)接收電路。

*在可能的情況下,要用地填充未使用的區域,每隔60mm距離將所有層的填充地連接起來(lái)。

*確保電源和地之間的環(huán)路面積盡可能小,在靠近集成電路芯片每一個(gè)電源管腳的地方放置一個(gè)高頻電容。

*在距離每一個(gè)連接器80mm范圍以?xún)确胖靡粋(gè)高頻旁路電容。

*復位線(xiàn)、中斷信號線(xiàn)或者邊沿觸發(fā)信號線(xiàn)不能布置在靠近PCB邊沿的地方。

*確保在任意大的地填充區(大約大于25mm×6mm)的兩個(gè)相反端點(diǎn)位置處要與地連接。

*電源或地平面上開(kāi)口長(cháng)度超過(guò)8mm時(shí),要用窄的線(xiàn)將開(kāi)口的兩側連接起來(lái)。

*將安裝孔同電路公地連接在一起,或者將它們隔離開(kāi)來(lái)。

(1)金屬支架必須和金屬屏蔽裝置或者機箱一起使用時(shí),要采用一個(gè)零歐姆電阻實(shí)現連接。

(2)確定安裝孔大小來(lái)實(shí)現金屬或者塑料支架的可靠安裝,在安裝孔頂層和底層上要采用大焊盤(pán),底層焊盤(pán)上不能采用阻焊劑,并確保底層焊盤(pán)不采用波峰焊工藝進(jìn)行焊接。

*不能將受保護的信號線(xiàn)和不受保護的信號線(xiàn)并行排列。

*要特別注意復位、中斷和控制信號線(xiàn)的布線(xiàn)。

(1)要采用高頻濾波。

(2)遠離輸入和輸出電路。

(3)遠離電路板邊緣。

*PCB要插入機箱內,不要安裝在開(kāi)口位置或者內部接縫處。

*要注意磁珠下、焊盤(pán)之間和可能接觸到磁珠的信號線(xiàn)的布線(xiàn)。有些磁珠導電性能相當好,可能會(huì )產(chǎn)生意想不到的導電路徑。

*如果一個(gè)機箱或者主板要內裝幾個(gè)電路板,應該將對靜電最敏感的電路板放在最中間。

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