系统控制ESD的技巧和方法

静电不能被消除,只能被控制。

控制ESD的方法:

堵;

从机构上做好静电的防护,用绝缘的材料把PCB板密封在外壳内,不论有多少静电都不能到释放到PCB上。

导;

有了ESD,迅速让静电导到PCB板的主GND上,可以消除一定能力的静电。

整机级的堵和导

1、外壳和装饰件:金属以及可导电的电镀材料等,属于容易吸引和聚集静电的材料;ESD要求很高的项目要尽可能避免使用这些材料。

2、必须使用导体材料时:结构上要事先预留有效而布局均匀的接地点;一般来说,顶针或者金属弹片的接地效果优于导电泡棉和导电布。

3、无法做接地处理的例如电镀侧键等,需要重点在主板上做特别处理。包括(1)增加压敏电阻、TVS或者电容等器件;

  (2)预留GND管脚;

  (3)板边露铜吸引静电放电;

4、外壳上的金属件,距离器件和走线必须大于2.2mm以上距离。

5、堆叠上避免器件裸露于孔、缝边;如果无法避免的话,则要在组装上想办法堵;常见的做法有粘贴高温胶带或者防静电胶带等阻隔;所有结构设计需要留有增加隔离片的空间。

电路板级的堵和导

1、增大PCB板材面积,以增加GND面积,增强其中和静电的能力;成本或者差异化的堆叠让我们做小。

2、实在很小的板子,则必须要有至少一层完整的GND层;并且要能够跟电池地脚保持良好的连接;我们常常因为成本无法做到留出完整的地层。

3、很小的电路板,因为电路板的中和电荷能力有限,则要多考虑从整机上堵,少考虑导。

4、器件选择上,要选用高耐压ESD的器件;静电保护器件在选择时需要考虑其容性,避免不合适的容性导致其所保护信号线的信号本身的失效。

5、器件摆放时,容易被ESD影响的器件,尽量罩在屏蔽罩中。

6、屏蔽罩必须保证有效而分布均匀的接地!要较为直接的接到主地上,盲孔直接结合埋孔;要四周分布均匀地接地。

7、对IO口和键盘等容易暴露的部分电路,必须增加静电保护器件。

8、器件摆放上,必须遵守就近释放的原则,ESD保护器件应靠近IO和侧键等摆放;其次是跨在中间路上;避免靠近芯片摆放;这样能够减少ESD脉冲信号进入附近线路的瞬态耦合;虽然没有直接的连接,但是这种二次辐射效应也会让其他部分工作紊乱。

9、Layout走线必须遵守有效保护的原则;走线应该从接口处先走到TVS处,然后才能走到CPU等芯片处;远远地“挂”在信号线上的静电保护器件,会因为引线寄生电感过大而导致保护失效,让保护形同虚设。

10、TVS管的接地脚与主地之间的连接必须尽可能的短,减小接地平面的寄生电感。

11、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。 

12、避免在板边走重要的信号线;例如时钟、复位信号。

13、主板上未使用的地方尽可能的铺成地;并且连接到主地上;多铺地减小了信号与地之间的间距,相当于减小信号的回路面积。(该面积越大,所包含的场流量越大,其感应电流也越大)

14、需要注意ESD对地层的直接放电有可能损坏敏感电路。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。

15、电源走在主板中间比在板边好;地布局在板中间比板边好。

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