來自人體、環境甚至電子設備內部的靜電對于精密的半導體芯片會造成各種損傷，為了消除靜電釋放（ESD）對電子設備的干擾和破壞，需要采取多種技術手段進行防范。合理的PCB 設計可以減少故障檢查及返工所帶來的不必要成本。文章從分層、恰當的布局布線和安裝等方面介紹了PCB 中的抗ESD 設計。

　　日常生活中，ESD （Electro-Static Discharge，靜電放電）對于我們來說是一種常見的現象，然而對電子產品而言，ESD 往往是致命的——它可能導致元器件內部線路受損，直接影響產品的正常使用壽命，甚至造成產品的損壞。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或鋁線。因此，ESD 防護一直以來都是工程師們的工作重點。在PCB 板的設計當中，要達到期望的抗ESD 能力，使之具有最強的ESD 防范性能，可以通過分層、恰當的布局布線和安裝實現PCB 的抗ESD 設計。以下是一些常見的防范措施。

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　　盡可能使用多層PCB，在多層PCB 中地線面作為一個重要的電荷源，可抵消靜電放電源上的電荷，這有利于減小靜電場帶來的問題。PCB 地線面也可作為其對信號線的屏蔽體（當然，地線面的開口越大，其屏蔽效能就越低）。另外，如果發生放電，由于PCB 板的地平面很大，電荷很容易注入到地線面中，而不是進入到信號線中。這樣將有利于對元件進行保護，因為在引起元件損壞前，電荷可以泄放掉。當然在某些方案中為降低成本，只能使用雙面板。

　　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-地線間距能夠減小共模阻抗（common

　　impedance）和感性耦合，使之達到雙面PCB 的1/10 到1/100。同時盡量地將每一個信號層都緊靠一個電源層或地線層。對于頂層和底層表面都有元器件、具有很短連接線以及許多填充地的高密度PCB，可以考慮使用內層線。大多數的信號線以及電源和地平面都在內層上，因而類似于具備屏蔽功能的法拉第盒。

　　圖1

　　對于雙面PCB 來說，要采用緊密交織的電源和地柵格，如圖1 所示。電源線緊靠在垂直和水平線或填充區之間，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（0.5 英寸）。

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　　電流通過感應進入到電路環路，這些環路是封閉的，并具有變化的磁通量。電流的幅度與環的面積成正比。較大的環路包含有較多的磁通量，因而在電路中感應出較強的電流。因此，必須減少環路面積。

　　圖2

　　最常見的環路如圖2 所示，由電源和地線所形成。在可能的條件下，可以采用具有電源及接地層的多層PCB 設計。前面的多層PCB 設計就是將電源和接地間的回路面積減到最小，而且也減小了ESD 脈沖產生的高頻EMI 電磁場。

　　同時我們要確保信號線和相應回路之間的環路面積盡可能小。減少環路面積及感應電流的另一個方法是減小互連器件間的平行通路。如圖3 所示

　　圖3

　　當必須采用長于30 厘米的信號連接線時，可以采用保護線。一個更好的辦法是在信號線附近放置地層。信號線應該距保護線或接地線層13 毫米以內。如圖4 所示

　　圖4

　　將每個敏感元件的長信號線（》30 厘米）或電源線與其接地線進行交叉布置。交叉的連線必須從上到下或從左到右的規則間隔布置。如圖5 所示

　　圖5

　?。ㄈ╇娐愤B線長度

　　要確保信號線盡可能短。因為天線要具有較高的效率，其長度必須是波長很大的一部分。這就是說，較長的導線將有利于接收靜電放電脈沖產生的更多的頻率成份；而較短的導線只能接收較少的頻率成分。因此，短導線從靜電放電產生的電磁場中接收并饋入電路的能量較少。信號線的長度大于300mm（12 英寸）時，一定要平行布一條地線，在信號線上方或其相鄰面上放置地線也是可以的。在相關的元件組，相互之間具有很多互連線的元件應彼此靠得很近。例如，I/O器件是與I/O 連接器盡量靠得近些；以減少互連的印制線長度。

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　　ESD 對地線層的直接放電可能損壞敏感電路。在使用TVS二極管的同時還要使用一個或多個高頻旁路電容器，這些電容器放置在易損元件的電源和地之間。如圖6 所示。旁路電容減少了電荷注入，保持了電源與接地端口的電壓差。TVS使感應電流分流，保持TVS 鉗位電壓的電位差。TVS 及電容器應放在距被保護的IC 盡可能近的位置，要確保TVS 到地通路以及電容器管腳長度為最短，以減少寄生電感效應。

　　圖6

　?。ㄎ澹?a href="http://m.xsypw.cn/tags/保護電路/" target="_blank">保護電路中的寄生電感

　　TVS 二極管通路中的寄生電感在發生ESD 事件時會產生嚴重的電壓過沖。盡管使用了TVS 二極管，由于在電感負載兩端的感應電壓VL=L×di/dt，過高的過沖電壓仍然可能超過被保護IC 的損壞電壓閾值。

　　保護電路承受的總電壓是TVS 二極管鉗位電壓與寄生電感產生的電壓之和，VT=VC+VL。一個ESD 瞬態感應電流在小于1ns 的時間內就能達到峰值（依據IEC 61000-4-2 標準），假定引線電感為每英寸20nH，線長為四分之一英寸，過沖電壓將是50V/10A 的脈沖。經驗設計準則是將分流通路設計得盡可能短，以此減少寄生電感效應。

　　所有的電感性通路必須考慮采用接地回路，TVS 與被保護信號線之間的通路，以及連接器到TVS 器件的通路。被保護的信號線應該直接連接到接地面，若無接地面，則接地回路的連線應盡可能短。TVS 二極管的接地和被保護電路的接地點之間的距離應盡可能短，以減少接地平面的寄生電感。

　　最后，TVS 器件應該盡可能靠近連接器以減少進入附近線路的瞬態耦合。雖然沒有到達連接器的直接通路，但這種二次輻射效應也會導致電路板其它部分的工作紊亂。

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　　PCB 裝配時，不要在頂層或者底層的焊盤上涂覆任何焊料。使用具有內嵌墊圈的螺釘來實現PCB 與金屬機箱/屏蔽層或接地面上支架的緊密接觸。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（0.025 英寸）。在卡的頂層和底層靠近安裝孔的位置，每隔100mm（4.0 英寸）沿機箱地線將機箱地和電路地用1.27mm 寬（0.050 英寸）的線連接在一起。與這些連接點的相鄰處，在機箱地和電路地之間放置用于安裝的焊盤或安裝孔。這些地線連接可以用刀片劃開，以保持開路；或用磁珠/高頻電容的跳接，以改變ESD 測試時的接地機制。

　　如果電路板不會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上不能涂阻焊劑，這樣它們可以作為ESD 電弧的放電棒。

　　要以下列方式在電路周圍設置一個環形地：除邊緣連接器以及機箱地以外，在整個外圍四周放上環形地通路；確保所有層的環形地寬度大于2.5mm （0.1 英寸）；每隔13mm（0.5英寸）用過孔將環形地連接起來；將環形地與多層電路的公共地連接到一起；對安裝在金屬機箱或者屏蔽裝置里的雙面板來說，應該將環形地與電路公共地連接起來；不屏蔽的雙面電路則應該將環形地連接到機箱地，環形地上不能涂阻焊劑，以便該環形地可以充當ESD 的放電棒，在環形地（所有層）上的某個位置處至少放置一個0.5mm 寬（0.020 英寸）的間隙，這樣可以避免形成一個大的環路；信號布線離環形地的距離不能小于0.5mm。如果一個機箱或者主板要內裝幾個電路卡，應該將對靜電最敏感的電路卡放在最中間。

　　PCB 上的機殼地線的阻抗要低，隔離要好。如果機殼地線的阻抗很低，靜電放電電流易于通過，就不會發生電弧。當然，如此迅速的電荷泄放會產生更強的場，但這比電荷通過電弧直接注入到電路中好得多。另外，機殼地線的長度不能超過其寬度的四或五倍。比這個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使其阻抗大幅度增加。這個長寬比例意味著機殼地線必須很短才行，否則當地線增長時，其寬度要很寬。

　?。ㄆ撸㏄CB 設計的其它準則

　　1.復位線、中斷信號線或者邊沿觸發信號線不能布置在靠近PCB 邊沿的地方；

　　2.將PCB 上未使用的部分設置為接地面；

　　3.機殼地線與信號線間隔至少為4 毫米；

　　4.保持機殼地線的長寬比小于5∶1，以減少電感效應；

　　5.用TVS 二極管來保護所有的外部連接；

　　6.確保每一個電路盡可能緊湊。盡可能將所有連接器都放在一邊。I/O 電路要盡可能靠近對應的連接器。

　　7.PCB 要插入機箱內，不要安裝在開口位置或者內部接縫處。