防止ESD电流流入PCB的方法

下面介绍PCB设计中防止ESD电流流入PCB的方法：

最近我们在做电子产品的ESD测试。 从不同产品的测试结果来看，我们发现这个ESD是一个非常重要的测试：如果电路板设计不好，静电的引入会导致产品死机甚至元器件损坏。 之前，我只是注意到ESD会损坏元器件，没想到我们对电子产品也应该引起足够的重视。

ESD，也称为静电放电。 由所学知识可知，静电是一种自然现象，通常是通过电器之间的接触、摩擦、感应等方式产生的。 其特点是长期积累，电压高（可产生数千伏甚至数万伏的静电），电量小，电流小，动作时间短。 对于电子产品来说，如果ESD设计没有做好，电子电器产品往往会不稳定，甚至损坏。

ESD放电测试通常有两种方法：接触放电和空气放电。 接触放电是直接对被测设备进行放电； 空气放电又称间接放电，是强磁场耦合到相邻电流回路引起的。 这两种测试的测试电压一般为2KV-8KV，不同地区要求不同。 因此，在设计之前，有必要了解产品所针对的PCB市场。

以上两种情况是电子产品在人体接触电子产品时，因人体带电或其他原因不能工作的基本测试。

世界各地的湿度情况不同，但同时，如果一个地区的空气湿度不同，产生的静电也不同。 下表是采集到的数据，从中我们可以看出静电随着空气湿度的降低而增加。 这也间接解释了为什么北方冬天脱毛时产生的静电火花很大的原因。

既然静电危害如此之大，我们该如何防护呢？ 我们在设计静电防护时，通常采取三个步骤：防止外部电荷流入电路板造成损坏； 防止外部磁场损坏电路板； 防止静电场引起的危险。

在实际PCB电路设计中，我们会采用以下一种或多种方法进行静电防护：

1、用于静电保护的雪崩二极管。 这也是设计中经常使用的一种方法。 典型的方法是在关键信号线上并联一个雪崩二极管到地。

这种方法利用雪崩二极管的快速响应和稳定的钳位能力，可以在短时间内消耗掉积累的高电压，以保护电路板。

2、电路保护采用高压电容。

在这种做法中，通常在I/O连接器或关键信号位置放置耐压至少为1.5KV的陶瓷电容，连接线尽量短，以减少连接线的电感。 如果使用耐压低的电容器，会损坏电容器，失去保护作用。

3、采用氧化铁磁珠作电路保护。

氧化铁磁珠可以衰减ESD电流，抑制辐射。 当面临两个问题时，铁氧体磁珠是一个不错的选择。

4、火花隙法。

这种方法见于一件材料。 具体做法是由铜片组成的微带线层由三角形铜片组成，其尖端相互对齐。 三角形铜片的一端接信号线，另一端接地。 有静电时，会产生尖端放电，消耗电能。

5、采用LC滤波器保护电路。

LC滤波器可有效减少进入电路的高频静电。 电感的感抗可以很好的阻止高频ESD进入电路，而电容则将ESD的高频能量分流到地。 同时，该类滤波器可以平滑信号边沿，减少射频影响，在信号完整性方面性能得到进一步提升。

6、多层PCB板ESD保护。

在资金允许的情况下，选择多层板也是防止ESD的有效手段。 在多层板中，由于靠近走线有完整的地平面，ESD可以更快地耦合到低阻抗平面，从而起到保护关键信号的作用。

7、PCB线路板周围保护胶带的保留方法。

这种方法通常用于在电路板周围画出没有组装和焊接层的布线。 如果条件允许，将接线连接到外壳上。 同时注意走线不能形成闭合环路，以免形成环形天线造成更大的麻烦。

8、电路保护采用带钳位二极管的CMOS器件或TTL器件。

这种方法利用隔离原理来保护电路板。 由于这些器件有钳位二极管保护，在实际电路设计中降低了设计的复杂度。

9、经常使用去耦电容。

这些去耦电容器应具有低 ESL 和 ESR 值。 对于低频 ESD，去耦电容器会减小环路面积。 因为它的ESL作用削弱了电解质的作用，可以更好的滤除高频能量。

总之一句话，ESD虽然可怕，甚至可能带来严重的后果。 但是，只有保护电路上的电源和信号线，才能有效防止ESD电流流入PCB。 其中我老大常说“一块板子接地好才是王道”，希望这句话也能带来打破天窗的效果。