esd防护_电路级ESD防护方法
電路板級的ESD防護方法有很多種類,常見的有以下幾個方法
1、并聯放電器件
常用的放電器件有ESD/TVS,固體放電管,穩壓二極管,壓敏電阻,氣體放電管等
瞬變電壓消除器 TVS(Transient Voltage Suppressor):?TVS?是一種固態二極管,專門用于防止 ESD 瞬態電壓破壞敏感的半導體器件。與傳統的齊納二極管相比, TVS 二極管 P/N 結面積更大,這一結構上的改進使 TVS 具有更強的高壓承受能力,同時也降低了電壓截止率,因而對于保護手持設備低工作電壓回路的安全具有更好效果。
TVS二極管的瞬態功率和瞬態電流性能與結的面積成正比。該二極管的結具有較大的截面積,可以處理閃電和 ESD所引起的高瞬態電流。TVS也會有結電容,通常0.3個pF到幾十個pF。TVS有單極性的和雙極性的,使用時要注意。
穩壓二極管( Zener Diodes) :?利用穩壓二極管的反向擊穿特性可以保護 ESD敏感器件。但是齊納二極管通常有幾十 pF 的電容,這對于高速信號(例如 500MHz)而言,會引起信號畸變。齊納二極管對電源上的浪涌也有很好的吸收作用。
壓敏電阻:壓敏電阻也可以進行有效的瞬時高壓沖擊抑制,此類器件具有非線性電壓 - 電流 ( 阻抗表現 ) 關系,截止電壓可達最初中止電壓的 2 ~ 3倍。這種特性適合用于對電壓不太敏感的線路和器件的靜電或浪涌保護,如電源回路,按鍵輸入端等。壓敏電阻價格比TVS低不少,但是防護效果沒有TVS好,且壓敏電阻有壽命老化。
2、串聯阻抗
一般可以通過串聯電阻或者磁珠來限制ESD放電電流,達到防靜電的目的。如圖。如手機的高輸入阻抗的端口可以串1K歐電阻來防護,如ADC,輸入的GPIO,按鍵等。
3、增加濾波網絡
用濾波器濾掉主要的能量也能達到靜電防護的目的。
對于低頻信號,如GPIO輸入,ADC,音頻輸入可以用1k+1000PF的電容來做靜電防護,成本可以忽略,性能不比壓敏電阻差,如果用1K+50PF的壓敏電阻(下面講的復合防護措施),效果更好,經驗證明這樣防護效果有時超過TVS。
對于射頻天線的微波信號,如果用TVS管,壓敏等容性器件來做靜電防護,射頻信號會被衰減,因此要求TVS的電容很低,這樣增加ESD措施的成本。對于微波信號可以對地并聯一個幾十nH的電感來為靜電提供一個放電通道,對微波信號幾乎沒有影響,對于900MHZ和1800MHz的手機經常用22nH的電感。這樣能把靜電主要能量頻譜上的能量吸收掉很多。
4、多層板進行ESD防護
當資金允許的情況下,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,進而達到更好靜電防護的作用
5、電路板外圍留保護帶
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成一個封閉的環,以免形成環形天線而引入更大的麻煩。
6、旁部電容
旁路電容太普通,經常用,其實這個也是很好的防靜電的手法。這個特別要注意的是電容的位置,電源先經過電容再到芯片的管腳。
總之ESD雖然可怕,甚至會帶來嚴重后果,但是,只要保護好電路上電源和信號線,那么就能有效的防止ESD的電流流入PCB中。
總結
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