苏州莱瑞测信息科技有限公司

PCB设计的ESD抑止准则

   2006-06-06 2030

地电荷注入

ESD对地线层的直接放电可能损坏敏感电路。在使用TVS二极管的同时还要使用一个或多个高频旁路电容器,这些电容器放置在易损元件的电源和地之间。旁路电容减少了电荷注入,保持了电源与接地端口的电压差。

TVS使感应电流分流,保持TVS钳位电压的电位差。TVS及电容器应放在距被保护的IC尽可能近的位置(见图7),要确保TVS到地通路以及电容器管脚长度为最短,以减少寄生电感效应。

 

连接器必须安装到PCB上的铜铂层。理想情况下,铜铂层必须与PCB的接地层隔离,通过短线与焊盘连接。

 PCB设计的其它准则 

避免在PCB边缘安排重要的信号线,如时钟和复位信号等;
将PCB上未使用的部分设置为接地面;
机壳地线与信号线间隔至少为4毫米;
保持机壳地线的长宽比小于5:1,以减少电感效应;
用TVS二极管来保护所有的外部连接;

 

 保护电路中的寄生电感 

TVS二极管通路中的寄生电感在发生ESD事件时会产生严重的电压过冲。尽管使用了TVS二极管,由于在电感负载两端的感应电压VL=L×di/dt,过高的过冲电压仍然可能超过被保护IC的损坏电压阈值。

 

保护电路承受的总电压是TVS二极管钳位电压与寄生电感产生的电压之和,VT=VC+VL。一个ESD瞬态感应电流在小于1ns的时间内就能达到峰值(依据IEC 61000-4-2标准),假定引线电感为每英寸20nH,线长为四分之一英寸,过冲电压将是50V/10A的脉冲。经验设计准则是将分流通路设计得尽可能短,以此减少寄生电感效应。

所有的电感性通路必须考虑采用接地回路,TVS与被保护信号线之间的通路,以及连接器到TVS器件的通路。被保护的信号线应该直接连接到接地面,若无接地面,则接地回路的连线应尽可能短。TVS二极管的接地和被保护电路的接地点之间的距离应尽可能短,以减少接地平面的寄生电感。

最后,TVS器件应该尽可能靠近连接器以减少进入附近线路的瞬态耦合。虽然没有到达连接器的直接通路,但这种二次辐射效应也会导致电路板其它部分的工作紊乱。

参考文献

1. Boxleitner, Warren, "Electrostatic Discharge and Electronic Equipment," IEEE Press, 1989.
2. Mardiguian, Michel, "Electrostatic Discharge,Understand, Simulate and Fix ESD problems,"
3. Interference Control technologies, 1992.
4. Russell, Bill, "Power Protection is Critical For Today's Shrinking System Designs," Wireless Systems Design, February 1999.
5. Standler, Ronald B., "Protection of Electronic Circuits from Overvoltages," John Wiley & Sons, 1989.

 
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