设计指南

oo小敏

    尽管印刷线路板（PWB，通常也称之为PCB）的设计会对上述三种效应都产生在具体设计中，如电场或磁场占主导地位，应用方法7和8就可以解决。然而，静任意一个电路回路中有变化的磁通量穿过时，将会在环路内感应出电流。电流的大C、并联的导线必须紧紧地放在一起，最好仅使用一条粗导线。图6表明了这一原D、信号线应与地线应紧挨着放在一起。在每根信号线的旁边安排一条地线。不过E、特别敏感的器件之间的较长的电源线或信号线应每隔一定间隔与地线的位置对F、在电源线与地线间安装高频旁路电容。因为在静电放电较低的频率段，旁路电天线要具有较高的效率，其长度必须是波长很大的一部分。这就是说，较长的导线使导线尽可能短是一个比是环路面积尽量小更容易实现的措施。因为它不象信号环c)如有可能的话，从线路板的中心馈送电源或信号，而不要从线路板边缘馈送，前面提出的PCB设计规则主要针对静电放电电流产生的场效应。但值得注意的是前面已提到过，地线面有助于减小环路面积，同时也降低了接收天线的效率。地线B、在电源线与地线之间接入高频旁路电容（电容组合方式可适用于静电放电频率在静电放电效应的讨论中，曾指出注入到电子仪器中的电荷可通过隔离来解决。对A、隔离机壳地线的最好方法是使之远离电子仪器。另外，如果机壳地线的阻抗很B、机壳地线的长度不能超过其宽度的四或五倍。比这个比例更宽的地线仅能使其至此，关于防止静电放电危害的PCB设计技术的讨论已告一段落。当然，有些时5、地平面和地线必须连成网格状。在任意一个方向上，垂直地线与水平地线至少注意：这些设计规则必须应用到系统内的所有PCB板上（例如主板及插在上面的



设计指南（經典）
1.靜电放电之前静電场的效應
2.放电产生的电荷注入效应
3.静电放电電流产生的场效应
尽管印刷线路板（PWB，通常也称之为PCB）的设計会对上述三种效应都产生影响，但是主要是对第三种效应产生影响。下面的讨論将针对第三条所述的问题给出设计指南。
通常，源与接收电路之间的场耦合可以通过下列方式之一減小（这些通用方法也会在其它讨论场的章节中提到）：
1.在源端使用濾波器以衰减信号
2.在接收端使用滤波器以衰减信号
3.增加距离以减小耦合
4.降低源和/或接收電路的天線效果以减小耦合
5.將接收天線与发射天线垂直放置以减小耦合
6.在接收天线与發射天線之間加屏蔽
7.减小发射及接收天线的阻抗來减小电场耦合
8.增加发射或接收天线之一的阻抗來减小磁场耦合
9.采用一致的、低阻抗参考平面（如同多层PCB板所提供的）耦合信号，使它们保持共模方式
在 具體设計中，如电場或磁场占主導地位，应用方法7和8就可以解决。然而，静電放电一般同时产生電场和磁场，这说明方法7将改善电场的抗扰度，但同时會使磁 场的抗扰度降低。方法8则与方法7带來的效果相反。所以，方法7和8并不是完善的解决方案。不管是电场还是磁场，使用方法1～6与9都会取得一定的效果， 但PCB设計的解决方法主要取决于方法3～6和9的综合使用。
下面详细闡述通過方法3～6和9解决问题的六条實践法则及其原因所在。
一、保持环路面積最小
任 意一个电路回路中有变化的磁通量穿过时，将会在环路内感應出电流。电流的大小与磁通量成正比。較小的環路中通过的磁通量也较少，因此感应出的电流也较小， 這就说明环路面积必须最小。应用这一经验的困难之处是如何找到环路。
與其试着去找出所有可能的環路，還不如采取下列步驟來减小环路面积：
A、电源线与地线應紧靠在一起以减小電源和地间的环路面积。
B、多条电源及地线应连接成网格状。
C、并联的导线必须紧紧地放在一起，最好仅使用一條粗导线。图6表明了这一原則。这就是说，地平面不应有大的開口，因为這些開口如同平行导線一般，其作用等同于環路天線。
D、信号线应与地線应紧挨著放在一起。在每根信号线的旁边安排一条地线。不过，這也许会產生很多平行地線。为了避免这个問题，如前所述，可采用地平面或地线網格，而不采用单条地線。
E、特別敏感的器件之间的較长的電源线或信号线应每隔一定间隔與地线的位置对调一下。对调的含义是将一根导线從上移到下面，或从左边移到右边，另一根导線則做相反的调整。
F、在电源线与地线間安装高频旁路电容。因为在静電放电较低的频率段，旁路电容的阻抗較低，在这些頻率处，旁路电容能有效減小电源与地間的环路面积。然而，在静电放電较高的频率段，由于寄生电感的影響，即使是高频电容，其作用也很有限。
当然，电源线与地线彼此靠得越近，滤波电容的效果就越不明显。因为环路面积已经足夠小了。
二、使导线长度尽量短
天线要具有较高的效率，其长度必須是波长很大的一部分。這就是说，較长的導线將有利于接收静電放电脉冲产生的更多的频率成份；而较短的導線只能接收较少的频率成分。因此，短導線从靜电放电产生的電磁场中接收并饋入電路的能量较少。
使导线尽可能短是一个比是环路面积尽量小更容易实现的措施。因为它不象信号环路那样不容易识别，環路面积的尽可能小不可能立即看到，而导線的长短則是很显然的。有关設計步驟如下：
a)使所有元件紧靠在一起，PCB設計人员不应将元件过于分散而占用更多的面积；
b)在相关的元件组，相互之间具有很多互連线的元件应彼此靠得很近。例如，I/O器件是与I/O连接器尽量靠得近些；
c)如有可能的話，从线路板的中心馈送電源或信号，而不要从線路板邊緣馈送，如图27所示，中间的馈送信号使大多数元件的连线最短。当线路板為正方形时，这样做的效果最明显，当线路板狹长时，效果则不很明顯。但只要可能，还是应该尽量这樣做。
前 面提出的PCB设計规则主要针對靜電放電电流产生的场效应。但值得注意的是，前面介绍的降低天線效率的方法，这也有助于防止共模噪声转化成会带来更大麻烦 的差模噪聲，這在本章开始列出的一般性方法的第9条中已提及过。之所以有这样的效果，是因为前述的各种步骤都有助于减小各种PCB回路的阻抗差异。例如， 规則一中的步骤D特别有用，因為这样处理会使信号线与相关地线的回路阻抗幾乎相等。因此，串入到这两條路径中的共模噪声在幅度上也很接近，產生的差模噪声 极小。另外，PCB设计也能采取措施减小由于靜电场和電荷注入所帶来的问题。下面讲述的规则就与這個问题有关，你会发现有幾个规则与前述規则相同。
三、尽可能在PCB上使用完整的地线面（建議采用多层板）
前 面已提到过，地線面有助于减小环路面積，同时也降低了接收天线的效率。地线面作为一個重要的电荷源，可抵消静電放电源上的电荷，这有利于减小静电場带来的 問题。PCB地线面也可作为其对面信号線的屏蔽体（当然，地线面的开口越大，其屏蔽效能就越低）。另外，如果发生放电，由于PCB板的地平面很大，电荷很 容易注入到地线面中，而不是进入到信號线中。这样將有利于对元件进行保护，因为在引起元件损壞前，電荷可以泄放掉。（然而，即使泄放到地的电荷也可能损坏 器件，应采取措施加以避免）
四、加强电源线和地线之间的电容耦合
電源线与地线间的耦合通過兩種方式来实现，这在前面已经提到過。
A、使电源线与地線靠得很近，或采用多层PCB板。这将在电源线和地线間产生更多的寄生电容。
B、 在电源线与地线之间接入高频旁路电容（電容组合方式可適用于靜电放电频率较低和较高的场合）。电源线与地线間的耦合将有助于减小电荷注入问题。两个物体之 间由各个物体上电荷量的差异造成的电压取决于两者（V=Q/C）间的电容。如果X库仑的电荷注入到电源线中，就会在电源線和地线间产生Y伏的電压。如果电 源线與地线間的电容增加一倍，X库仑的电荷将僅仅产生Y/2伏的电压。當然，这个较小的电壓造成損坏的可能性也相應减小。
五、隔离电子元件与靜电放电電荷源
在靜電放電效應的讨论中，曾指出注入到电子仪器中的電荷可通过隔离来解决。对于PCB設計，这主要指将电子仪器与可能的电荷源隔離开，也与连接器端口或感应电流趋于集中的信号线相隔离。可采取以下兩个步骤来进行隔离：
A、使电子元件与PCB走线远离会暴露在靜电放电中的PCB部分（例如，操作人员可直接触摸到的地方）。
B、使电子元件和PCB走线远离会暴露在静电放电中的任意一个金属物体（包括螺钉、机架、連接器外壳等）。后一个要求小于下面的设計规則相关联。
六、PCB上的机壳地线的阻抗要低，隔离要好
尽管PCB軌线上的阻焊层有利于隔离PCB走线，但阻焊层可能会导致插針孔发生电弧。
A、隔离機殼地线的最好方法是使之遠離电子仪器。另外，如果机壳地线的阻抗很低，靜電放電电流易于通过，就不會发生电弧。当然，如此迅速的电荷泄放會产生更强的場，但这比电荷通过电弧直接注入到電路中好得多。
B、机殼地线的长度不能超过其寬度的四或五倍。比这个比例更宽的地線仅能使其阻抗（电感）稍微减小，但是更窄的地线却會使其阻抗大幅度增加。这个长宽比例意味着机壳地线必须很短才行，否则当地线增长時，其宽度要很宽。
设計規则的优先級
至此，关于防止静电放电危害的PCB設計技术的討论已告一段落。当然，有些时候，这些规則不能全部滿足。这时，必须有意识地对一些东西进行取舍。本章开始部分提出三類潛在的靜电放电危害可用于確定处理靜电放电问題的一般顺序。通常是采用以下順序来進行考虑：
1、防止电荷注入到系统電路，因為這会造成損坏電路。
2、防止静电放电電流产生的场带來的问题。
3、防止静电场。
所幸的是，这些规则的大部分都是兼容的，在典型的PCB设计中，所有的问题都可以得到很好的解决。
PCB設计指南总结
對于静电放電问题的解决方案，可按以下十二条规则来进行（按优先顺序排列）：
1、PCB上的非绝缘機壳地线必須與其他走线相距至少2.2毫米。這适用于连接到机殼地上的所有物体，包括軌线；
2、机壳地線的长度不應超过其寬度的五倍；
3、使未绝緣的電路與操作人员可觸摸到的PCB区域或未接地的金属物体相隔至少2厘米以上；
4、电源线与地线要么并排平行地放在PCB的同一层上，要么放在相鄰的两层；
5、 地平面和地线必须连成网格状。在任意一個方向上，垂直地線與水平地線至少每隔6厘米连接一次。尤其是双面PCB板，也就是说，PCB板的第一层可以布水平 的地線，而第二层可布垂直的地線，必须至少每隔6厘米放置一个过孔以将两者相连（当然，在小于6厘米的地方进行连接是更好的，地平面比地线网格要好一 些）；
6、所有信號线必须在地線面边缘或地線以内13毫米以上。地线既可以布在与信號线相同的层，也可布在與之
緊挨著的层上。如果信号线的长度达到30厘米或其以上，则必須在其旁边放置一根地線，在信号线上方或其
相邻面上放置地线也是可以的；
7、电源線与地线之间跨接的旁路电容器，彼此之间的距離不能大于8厘米（这樣每片集成块可能會有多个旁路
电容相连）；
8、相互之间连线较多的元件要靠在一起；
9、所有元件必须尽可能靠近I/O连接器（注意，首先应满足第3条）；
10、将PCB的空余部分全部填以地线（應注意在每隔6厘米的地方进行连接以产生地线网格）；
11、如可能的话，将饋送电源线或信号线從PCB板的边緣中心处引出，而不应从某一個角上引出来。
12、对于特別敏感且较长的信号線（30厘米或更长），应每隔一定间隔与其地线对调。
注意：這些设计规則必须应用到系统内的所有PCB板上（例如主板及插在上面的板卡）。例如，當應用第2条时，机壳地线長度包括母板与子板所有地线的长度之和。

TEL 18681567708  详情可見www.sz-jlc.com/s

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