人體、環(huán)境甚至電子設(shè)備內(nèi)部的靜電對于精密的半導(dǎo)體芯片會造成各種損傷,例如穿透元器件內(nèi)部薄的絕緣層;損毀MOSFET和CMOS元器件的柵極;CMOS器件中的觸發(fā)器鎖死;短路反偏的PN結(jié);短路正向偏置的PN結(jié);熔化有源器件內(nèi)部的焊接線或鋁線。為了消除靜電釋放(ESD)對電子設(shè)備的干擾和破壞,需要采取多種技術(shù)手段進行防范。
在PCB板的設(shè)計當(dāng)中,可以通過分層、恰當(dāng)?shù)牟季植季€和安裝實現(xiàn)PCB的抗ESD設(shè)計。在設(shè)計過程中,通過預(yù)測可以將絕大多數(shù)設(shè)計修改僅限于增減元器件。通過調(diào)整PCB布局布線,能夠很好地防范ESD。
典型的通用ESD保護電路
CAN Bus保護
數(shù)據(jù)線及接口保護
ESD保護措施
在實際電路設(shè)計中我們會采用以下幾種方法的一種或幾種來進行靜電保護：
1、雪崩二極管來進行靜電保護
這也是設(shè)計中經(jīng)常用到的一種方法，典型做法就是在關(guān)鍵信號線并聯(lián)一雪崩二極管到地。該法是利用雪崩二極管快速響應(yīng)并且具有穩(wěn)定鉗位的能力，可以在較短的時間內(nèi)消耗聚集的高電壓進而保護電路板。
2、使用高壓電容進行電路保護
該做法通常將耐壓至少為1.5KV的陶瓷電容放置在I/O連接器或者關(guān)鍵信號的位置，同時連接線盡可能的短，以便減小連接線的感抗。若采用了耐壓低的電容，會引起電容的損壞而失去保護的作用。
3、采用鐵氧磁珠進行電路保護
鐵氧磁珠可以很好的衰減ESD電流，并且還能抑制輻射。當(dāng)面臨著兩方面問題時，一個鐵氧磁珠會時一個很不錯的選擇。
4、火花間隙法
這種方法是在一份材料中看到的，具體做法是在銅皮構(gòu)成的微帶線層使用尖端相互對準(zhǔn)的三角銅皮構(gòu)成，三角銅皮一端連接在信號線，另一個三角銅皮連接地。當(dāng)有靜電時會產(chǎn)生尖端放電進而消耗電能。
5、采用LC濾波器的方法進行保護電路
LC組成的濾波器可以有效的減小高頻靜電進入電路。電感的感抗特性能很好的抑制高頻ESD進入電路，而電容有分流了ESD的高頻能量到地。同時，該類型的濾波器還可以圓滑信號邊緣而較小RF效應(yīng)，性能方面在信號完整性方面又有了進一步的提高。
6、多層板進行ESD防護
當(dāng)資金允許的情況下，選擇多層板也是一種有效防止ESD的一種手段。在多層板中，由于有了一個完整的地平面靠近走線，這樣可以使ESD更加快捷的耦合到低阻抗平面上，進而保護關(guān)鍵信號的作用。
7、電路板外圍留保護帶的方法保護法
這種方法通常是在電路板周圍畫出不加組焊層的走線。在條件允許的情況下將該走線連接至外殼，同時要注意該走線不能構(gòu)成一個封閉的環(huán)，以免形成環(huán)形天線而引入更大的麻煩。
8、采用有鉗位二極管的CMOS器件或者TTL器件進行電路的保護
這種方法是利用了隔離的原理進行電路板的保護，由于這些器件有了鉗位二極管的保護，在實際電路設(shè)計中減小了設(shè)計的復(fù)雜度。
9、多采用去耦電容
這些去耦電容要有低的ESL和ESR數(shù)值，對于低頻的ESD來說，去耦電容減小了環(huán)路的面積，由于其ESL的作用使電解質(zhì)作用減弱，可以更好的濾除高頻能量。
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