PCB防静电设计的必要性

news2024/11/22 5:41:17

平时通过走路穿衣等日常活动带来的摩擦，会产生不同幅值的静电电压，但其能量很小不会对人体产生伤害，不过对于电子元器件来说，这种静电能量却是不能忽视的。

在干燥的环境下，人体静电(ESD)的电压很容易超过6~35Kv，当用手触摸电子设备、PCB或PCB上的元器件时，会因为瞬间的静电放电，而使元器件或设备受到干扰，甚至损坏设备或PCB上的元器件。

下图大致列举了一下不同行为产生的静电电压大小：

一、静电是如何产生的

静电是一种电能，它存在于物体表面，是正负电荷在局部失衡时，产生的一种现象，如摩擦起电就是一种静电放电现象。

静电的问题一直困扰着许多电子产品，其放电电流产生的电磁场，通过电容耦合、电感耦合或空间辐射耦合等途径，对电路造成了严重干扰，所以我们在PCB设计初期，就必须考虑到静电的防护问题。

下图是关于静电产生的示意图：

二、PCB如何设计防静电

PCB布局的原则，一般尽可能将静电保护器件靠近输入端或者连接器，静电保护器件与被保护线之间的线路距离，应该设计得尽量短一些。对于PCB设计来说，在容易发生静电放电的边缘，设置一定的隔离距离非常重要，对于机架类产品，每千伏的静电电压的击穿距离在1mm左右，如果在容易放电的边缘设置一个3-5mm隔离区，就可以抵抗3-5Kv的静电电压。

1、低速板静电防护设计

1) 走线需横平竖直，尽量减少信号线路并排走线;

2) 如果空间允许的话，走线越粗越好;

3) 按照高速电路设计理念来进行布线;

4) 避免在PCB边缘处理重要的信号线，如时钟、复位信号等;

5) 所有PCB板的传导环路，包括电源和地线环路，应该尽量小;

6) 单面或双面板，在没有电源平面的情况下，电源走线旁边必须要跟随一根地线;

7) 尽量使用多层板布线。

2、高速板静电防护设计

1) 走线需要有良好的地平面;

2) 保持足够的间距，如滤波器、光耦、交流电源线与弱信号线;

3) 长距离走线加低通滤波器(C、静电器件、RC、LC);

4) 隔离(增加屏蔽罩)，避免被保护的导线与未被保护的导线并排走线;

5) 避免与其他器件使用同一条回路来连接公共接地点。

3、防止出现静电的通用办法

1) 保持地的完整，加大地的泄放面积，平整地铺铜均匀，保持地的电阻值不变，互相之间水平状态地平面平稳;

2) 板外围进行环绕地设计，数据线用地包围;

3) 地孔越多越好，并使每层地紧密连合在一起;

4) 在PCB上安装光耦合器或者变压器，以及结合介质隔离和屏蔽，都可以很好的抑制静电放电冲击;

5) 可将PCB的GND与外壳地进行单点接地，防止静电放电电流在机箱上产生的电压耦合进电路，但需注意接地点的选择，选择在电缆入口处接地;

6) 如果PCB面积允许，并且整机系统的搭接、静电泄放通道都很好，可以在PCB周围设置接地防护环，可裸铜处理，并采用很多过孔连接。

三、防静电设计的可制造性检查

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