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(jìn)行防范。
在PCB板的設(shè)計(jì)當(dāng)中,可以通過分層、恰當(dāng)?shù)牟季植季€和安裝實(shí)現(xiàn)PCB的抗ESD設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中,通過預(yù)測可以將絕大多數(shù)設(shè)計(jì)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(hù)電路
CAN Bus保護(hù)
數(shù)據(jù)線及接口保護(hù)
ESD保護(hù)措施
在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中我們會采用以下幾種方法的一種或幾種來進(jìn)行靜電保護(hù)：
1、雪崩二極管來進(jìn)行靜電保護(hù)
這也是設(shè)計(jì)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(shí)間內(nèi)消耗聚集的高電壓進(jìn)而保護(hù)電路板。
2、使用高壓電容進(jìn)行電路保護(hù)
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(shí)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(hù)的作用。
3、采用鐵氧磁珠進(jìn)行電路保護(hù)
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(shí)，一個(gè)鐵氧磁珠會時(shí)一個(gè)很不錯(cuò)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(gè)三角銅皮連接地。當(dāng)有靜電時(shí)會產(chǎn)生尖端放電進(jìn)而消耗電能。
5、采用LC濾波器的方法進(jìn)行保護(hù)電路
LC組成的濾波器可以有效的減小高頻靜電進(jìn)入電路。電感的感抗特性能很好的抑制高頻ESD進(jìn)入電路，而電容有分流了ESD的高頻能量到地。同時(shí)，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(jìn)一步的提高。
6、多層板進(jìn)行ESD防護(hù)
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(gè)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(jìn)而保護(hù)關(guān)鍵信號的作用。
7、電路板外圍留保護(hù)帶的方法保護(hù)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(shí)要注意該走線不能構(gòu)成一個(gè)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(jìn)行電路的保護(hù)
這種方法是利用了隔離的原理進(jìn)行電路板的保護(hù)，由于這些器件有了鉗位二極管的保護(hù)，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中減小了設(shè)計(jì)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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