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浅谈PCB多层线路板的静电防护设计
2020-05-11 19:14 116

  静电防护设计在PCB多层线路板上可使用的防护技术由三个层次组成:元器件、电路板、系统装置。

  一、元器件级防护

  元器件级防护就是防止ESD耦合到对干扰较为敏感的电路中去,常见瞬态抑制器件和滤波器件进行防护。

  使用瞬态抑制器件主要在于敏感度、响应电压阀值、响应时间几个主要参数:敏感度决定了该器件能否防护一定等级的干扰;响应电压阀值决定了该器件在哪个电路位置可以起到保护能力;响应时间决定了保护后的效果,响应时间越短,保护效果越好。

  滤波器件主要在于频率和放置位置两个主要环节:频率决定了能否对需防护电路起到保护作用;放置位置则决定了防护效果,在干扰进入系统之前对其进行滤波是最有利的,可以放置干扰对系统内部再辐射。

  二、电路板级防护

  一般来说,多层印制板有固定的接地层,因此防护能力优于单层及双层板,让接地层尽可能靠近布线层,这样的布置可以使用ESD耦合到低阻抗的地层上,可以明显减小到达信号线的ESD能量。可参考以下规则进行设计:

  1、减小环路面积,信号线路回路和电源回路均需要注意;

QQ截图20200511184939.jpg

  2、电源层和接地层靠近布置。这种布置方式比较常见,对于干扰的吸收和辐射的抑制均能起到良好的作用;

QQ截图20200511185003.jpg

  3、尽量减短布线长度。多层板由于存在固定的接地层和电源层,器件的摆放以及布线相对自由,减短布线长度既可以减少外界干扰的窜入,也可以减少高频信号线对周围器件的辐射干扰;

  4、功能相似的组件要尽量靠近。这类器件在对干扰的防护上也基本相同,靠近布局可以更好的集中针对性防护,统一处理;

  5、信号线尽可能靠近接地线、地平面和对应电路;

  6、保护用的瞬态抑制器件尽可能直接接入外壳大地。这是因为ESD会产生大量的电流,进入系统地平面的大电流能引起严重的接地反弹甚至损坏元器件。

  7、PCB板叠层时,连接器件应保持足够多的接地插针。足够的接地插针可有效减小接地阻抗,减少干扰的互窜,保持系统稳定运行。

  三、系统装置级防护

  对于整个装置而言,当内部的元器件以及PCB板层已经固定后,对整个系统的防护就显得十分关键。可参考以下规则进行设计:

  1、完全屏蔽对ESD辐射敏感的元器件和电路,通过屏蔽壳多点接地可对吸收的ESD电流提供低阻抗通道。无法做到冰壁的电路则需要进行有效的绝缘,这样对直接放电和辐射耦合均有一定的防护效果;

  2、装置内部的连接电缆要尽量避开按键、缝隙等处,放置干扰进入影响整个系统;

  3、对各输入、输出接口增加干扰抑制保护器件,这些地方由于可直接接触,往往很容易产生静电,需要重点防护,保护器件徐仅靠接口;

  4、尽量式装置外壳地的连接为低阻抗;

  5、对于触摸按键需要特殊处理,放置接触产生的静电对敏感的数字电路直接放电;

  6、采用金属外壳的连接器;

  7、尾线需远离信号线和I/O电缆。


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