PCB設計的ESD抑止準則
PCB布線是ESD防護的一個關鍵要素，合理的PCB設計可以減少故障檢查及返工所帶來的不必要成本。在PCB設計中，由于采用了瞬態電壓抑止器(TVS)二極管來抑止因ESD放電產生的直接電荷注入，因此PCB設計中更重要的是克服放電電流產生的電磁干擾(EMI)電磁場效應。本文將提供可以優化ESD防護的PCB設計準則。 

電路環路 

電流通過感應進入到電路環路，這些環路是封閉的，并具有變化的磁通量。電流的幅度與環的面積成正比。較大的環路包含有較多的磁通量，因而在電路中感應出較強的電流。因此，必須減少環路面積。 

最常見的環路如圖1所示，由電源和地線所形成。在可能的條件下，可以采用具有電源及接地層的多層PCB設計。多層電路板不僅將電源和接地間的回路面積減到最小，而且也減小了ESD脈沖產生的高頻EMI電磁場。 

如果不能采用多層電路板，那么用于電源線和接地的線必須連接成如圖2所示的網格狀。網格連接可以起到電源和接地層的作用，用過孔連接各層的印制線，在每個方向上過孔連接間隔應該在6厘米內。另外，在布線時，將電源和接地印制線盡可能靠近也可以降低環路面積，如圖3所示。 

減少環路面積及感應電流的另一個方法是減小互連器件間的平行通路，見圖4。 

當必須采用長于30厘米的信號連接線時，可以采用保護線，如圖5所示。一個更好的辦法是在信號線附近放置地層。信號線應該距保護線或接地線層13毫米以內。 

如圖6所示，將每個敏感元件的長信號線(>30厘米)或電源線與其接地線進行交叉布置。交叉的連線必須從上到下或從左到右的規則間隔布置。 

電路連線長度 

長的信號線也可成為接收ESD脈沖能量的天線，盡量使用較短信號線可以降低信號線作為接收ESD電磁場天線的效率。 

盡量將互連的器件放在相鄰位置，以減少互連的印制線長度。 

地電荷注入 

ESD對地線層的直接放電可能損壞敏感電路。在使用TVS二極管的同時還要使用一個或多個高頻旁路電容器，這些電容器放置在易損元件的電源和地之間。旁路電容減少了電荷注入，保持了電源與接地端口的電壓差。 

TVS使感應電流分流，保持TVS鉗位電壓的電位差。TVS及電容器應放在距被保護的IC盡可能近的位置(見圖7)，要確保TVS到地通路以及電容器管腳長度為最短，以減少寄生電感效應。 

連接器必須安裝到PCB上的銅鉑層。理想情況下，銅鉑層必須與PCB的接地層隔離，通過短線與焊盤連接。 

PCB設計的其它準則 

1. 避免在PCB邊緣安排重要的信號線，如時鐘和復位信號等； 

2. 將PCB上未使用的部分設置為接地面； 

3. 機殼地線與信號線間隔至少為4毫米； 

4. 保持機殼地線的長寬比小于5:1，以減少電感效應； 

5. 用TVS二極管來保護所有的外部連接； 

保護電路中的寄生電感 

TVS二極管通路中的寄生電感在發生ESD事件時會產生嚴重的電壓過沖。盡管使用了TVS二極管，由于在電感負載兩端的感應電壓VL=L×di/dt，過高的過沖電壓仍然可能超過被保護IC的損壞電壓閾值。 

保護電路承受的總電壓是TVS二極管鉗位電壓與寄生電感產生的電壓之和，VT=VC+VL。一個ESD瞬態感應電流在小于1ns的時間內就能達到峰值(依據IEC 61000-4-2標準)，假定引線電感為每英寸20nH，線長為四分之一英寸，過沖電壓將是50V/10A的脈沖。經驗設計準則是將分流通路設計得盡可能短，以此減少寄生電感效應。 

所有的電感性通路必須考慮采用接地回路，TVS與被保護信號線之間的通路，以及連接器到TVS器件的通路。被保護的信號線應該直接連接到接地面，若無接地面，則接地回路的連線應盡可能短。TVS二極管的接地和被保護電路的接地點之間的距離應盡可能短，以減少接地平面的寄生電感。 

最后，TVS器件應該盡可能靠近連接器以減少進入附近線路的瞬態耦合。雖然沒有到達連接器的直接通路，但這種二次輻射效應也會導致電路板其它部分的工作紊亂。

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PCB布線是ESD防護的一個關鍵要素，合理的PCB設計可以減少故障檢查及返工所帶來的不必要成本。在PCB設計中，由于采用了瞬態電壓抑止器(TVS)二極管來抑止因ESD放電產生的直接電荷注入，因此PCB設計中更重要的是克服放電電流產生的電磁干擾(EMI)電磁場效應。本文將提供可以優化ESD防護的PCB設計準則。 
電路環路 
電流通過感應進入到電路環路，這些環路是封閉的，并具有變化的磁通量。電流的幅度與環的面積成正比。較大的環路包含有較多的磁通量，因而在電路中感應出較強的電流。因此，必須減少環路面積。 
最常見的環路如圖1所示，由電源和地線所形成。在可能的條件下，可以采用具有電源及接地層的多層PCB設計。多層電路板不僅將電源和接地間的回路面積減到最小，而且也減小了ESD脈沖產生的高頻EMI電磁場。 
如果不能采用多層電路板，那么用于電源線和接地的線必須連接成如圖2所示的網格狀。網格連接可以起到電源和接地層的作用，用過孔連接各層的印制線，在每個方向上過孔連接間隔應該在6厘米內。另外，在布線時，將電源和接地印制線盡可能靠近也可以降低環路面積，如圖3所示。 
減少環路面積及感應電流的另一個方法是減小互連器件間的平行通路，見圖4。 
當必須采用長于30厘米的信號連接線時，可以采用保護線，如圖5所示。一個更好的辦法是在信號線附近放置地層。信號線應該距保護線或接地線層13毫米以內。 
如圖6所示，將每個敏感元件的長信號線(>30厘米)或電源線與其接地線進行交叉布置。交叉的連線必須從上到下或從左到右的規則間隔布置。 
電路連線長度 
長的信號線也可成為接收ESD脈沖能量的天線，盡量使用較短信號線可以降低信號線作為接收ESD電磁場天線的效率。 
盡量將互連的器件放在相鄰位置，以減少互連的印制線長度。 
地電荷注入 
ESD對地線層的直接放電可能損壞敏感電路。在使用TVS二極管的同時還要使用一個或多個高頻旁路電容器，這些電容器放置在易損元件的電源和地之間。旁路電容減少了電荷注入，保持了電源與接地端口的電壓差。 
TVS使感應電流分流，保持TVS鉗位電壓的電位差。TVS及電容器應放在距被保護的IC盡可能近的位置(見圖7)，要確保TVS到地通路以及電容器管腳長度為最短，以減少寄生電感效應。 
連接器必須安裝到PCB上的銅鉑層。理想情況下，銅鉑層必須與PCB的接地層隔離，通過短線與焊盤連接。 
PCB設計的其它準則 
1. 避免在PCB邊緣安排重要的信號線，如時鐘和復位信號等； 
2. 將PCB上未使用的部分設置為接地面； 
3. 機殼地線與信號線間隔至少為4毫米； 
4. 保持機殼地線的長寬比小于5:1，以減少電感效應； 
5. 用TVS二極管來保護所有的外部連接； 
保護電路中的寄生電感 
TVS二極管通路中的寄生電感在發生ESD事件時會產生嚴重的電壓過沖。盡管使用了TVS二極管，由于在電感負載兩端的感應電壓VL=L×di/dt，過高的過沖電壓仍然可能超過被保護IC的損壞電壓閾值。 
保護電路承受的總電壓是TVS二極管鉗位電壓與寄生電感產生的電壓之和，VT=VC+VL。一個ESD瞬態感應電流在小于1ns的時間內就能達到峰值(依據IEC 61000-4-2標準)，假定引線電感為每英寸20nH，線長為四分之一英寸，過沖電壓將是50V/10A的脈沖。經驗設計準則是將分流通路設計得盡可能短，以此減少寄生電感效應。 
所有的電感性通路必須考慮采用接地回路，TVS與被保護信號線之間的通路，以及連接器到TVS器件的通路。被保護的信號線應該直接連接到接地面，若無接地面，則接地回路的連線應盡可能短。TVS二極管的接地和被保護電路的接地點之間的距離應盡可能短，以減少接地平面的寄生電感。 
最后，TVS器件應該盡可能靠近連接器以減少進入附近線路的瞬態耦合。雖然沒有到達連接器的直接通路，但這種二次輻射效應也會導致電路板其它部分的工作紊亂。 

印制線路板設計經驗  轉發
本文摘自俞站長的《電子設計工作室》 

印制線路板設計經驗點滴 

    對于電子產品來說，印制線路板設計是其從電原理圖變成一個具體產品必經的一道設計工序，其設計的合理性與產品生產及產品質量緊密相關，而對于許多剛從事電子設計的人員來說，在這方面經驗較少，雖然已學會了印制線路板設計軟件，但設計出的印制線路板常有這樣那樣的問題，而許多電子刊物上少有這方面文章介紹，筆者曾多年從事印制線路板設計的工作，在此將印制線路板設計的點滴經驗與大家分享，希望能起到拋磚引玉的作用。筆者的印制線路板設計軟件早幾年是TANGO，現在則使用PROTEL2.7 FOR WINDOWS。 

板的布局： 
印制線路板上的元器件放置的通常順序： 
放置與結構有緊密配合的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關、連接件之類，這些器件放置好后用軟件的LOCK功能將其鎖定，使之以后不會被誤移動； 
放置線路上的特殊元件和大的元器件，如發熱元件、變壓器、IC等； 
放置小器件。 
元器件離板邊緣的距離：可能的話所有的元器件均放置在離板的邊緣3mm以內或至少大于板厚，這是由于在大批量生產的流水線插件和進行波峰焊時，要提供給導軌槽使用，同時也為了防止由于外形加工引起邊緣部分的缺損，如果印制線路板上元器件過多，不得已要超出3mm范圍時，可以在板的邊緣加上3mm的輔邊，輔邊開V形槽，在生產時用手掰斷即可。 
高低壓之間的隔離：在許多印制線路板上同時有高壓電路和低壓電路，高壓電路部分的元器件與低壓部分要分隔開放置，隔離距離與要承受的耐壓有關，通常情況下在2000kV時板上要距離2mm，在此之上以比例算還要加大，例如若要承受3000V的耐壓測試，則高低壓線路之間的距離應在3.5mm以上，許多情況下為避免爬電，還在印制線路板上的高低壓之間開槽。 
印制線路板的走線： 
印制導線的布設應盡可能的短，在高頻回路中更應如此；印制導線的拐彎應成圓角，而直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能；當兩面板布線時，兩面的導線宜相互垂直、斜交、或彎曲走線，避免相互平行，以減小寄生耦合；作為電路的輸入及輸出用的印制導線應盡量避免相鄰平行，以免發生回授，在這些導線之間最好加接地線。 
印制導線的寬度：導線寬度應以能滿足電氣性能要求而又便于生產為宜，它的最小值以承受的電流大小而定，但最小不宜小于0.2mm，在高密度、高精度的印制線路中，導線寬度和間距一般可取0.3mm；導線寬度在大電流情況下還要考慮其溫升，單面板實驗表明，當銅箔厚度為50μm、導線寬度1～1.5mm、通過電流2A時，溫升很小，因此，一般選用1～1.5mm寬度導線就可能滿足設計要求而不致引起溫升；印制導線的公共地線應盡可能地粗，可能的話，使用大于2～3mm的線條，這點在帶有微處理器的電路中尤為重要，因為當地線過細時，由于流過的電流的變化，地電位變動，微處理器定時信號的電平不穩，會使噪聲容限劣化；在DIP封裝的IC腳間走線，可應用10－10與12－12原則，即當兩腳間通過2根線時，焊盤直徑可設為50mil、線寬與線距都為10mil，當兩腳間只通過1根線時，焊盤直徑可設為64mil、線寬與線距都為12mil。 
印制導線的間距：相鄰導線間距必須能滿足電氣安全要求，而且為了便于操作和生產，間距也應盡量寬些。最小間距至少要能適合承受的電壓。這個電壓一般包括工作電壓、附加波動電壓以及其它原因引起的峰值電壓。如果有關技術條件允許導線之間存在某種程度的金屬殘粒，則其間距就會減小。因此設計者在考慮電壓時應把這種因素考慮進去。在布線密度較低時，信號線的間距可適當地加大，對高、低電平懸殊的信號線應盡可能地短且加大間距。 
印制導線的屏蔽與接地：印制導線的公共地線，應盡量布置在印制線路板的邊緣部分。在印制線路板上應盡可能多地保留銅箔做地線，這樣得到的屏蔽效果，比一長條地線要好，傳輸線特性和屏蔽作用將得到改善，另外起到了減小分布電容的作用。印制導線的公共地線最好形成環路或網狀，這是因為當在同一塊板上有許多集成電路，特別是有耗電多的元件時，由于圖形上的限制產生了接地電位差，從而引起噪聲容限的降低，當做成回路時，接地電位差減小。另外，接地和電源的圖形盡可能要與數據的流動方向平行，這是抑制噪聲能力增強的秘訣；多層印制線路板可采取其中若干層作屏蔽層，電源層、地線層均可視為屏蔽層，一般地線層和電源層設計在多層印制線路板的內層，信號線設計在內層和外層。 
焊盤： 
焊盤的直徑和內孔尺寸：焊盤的內孔尺寸必須從元件引線直徑和公差尺寸以及搪錫層厚度、孔徑公差、孔金屬化電鍍層厚度等方面考慮，焊盤的內孔一般不小于0.6mm，因為小于0.6mm的孔開模沖孔時不易加工，通常情況下以金屬引腳直徑值加上0.2mm作為焊盤內孔直徑，如電阻的金屬引腳直徑為0.5mm時，其焊盤內孔直徑對應為0.7mm，焊盤直徑取決于內孔直徑，如下表： 
　 

孔直徑 
0.4 
0.5 
0.6 
0.8 
1.0 
1.2 
1.6 
2.0 

焊盤直徑 
1.5 
1.5 
2 
2.5 
3.0 
3.5 
4 


1．當焊盤直徑為1.5mm時，為了增加焊盤抗剝強度，可采用長不小于1.5mm，寬為1.5mm和長圓形焊盤，此種焊盤在集成電路引腳焊盤中最常見。 
2．對于超出上表范圍的焊盤直徑可用下列公式選取： 

直徑小于0.4mm的孔：D／d＝0.5～3 

直徑大于2mm的孔：D／d＝1.5～2 

式中：（D－焊盤直徑，d－內孔直徑） 

有關焊盤的其它注意點： 
焊盤內孔邊緣到印制板邊的距離要大于1mm，這樣可以避免加工時導致焊盤缺損。 
焊盤的開口：有些器件是在經過波峰焊后補焊的，但由于經過波峰焊后焊盤內孔被錫封住，使器件無法插下去，解決辦法是在印制板加工時對該焊盤開一小口，這樣波峰焊時內孔就不會被封住，而且也不會影響正常的焊接。 
焊盤補淚滴：當與焊盤連接的走線較細時，要將焊盤與走線之間的連接設計成水滴狀，這樣的好處是焊盤不容易起皮，而是走線與焊盤不易斷開。 
相鄰的焊盤要避免成銳角或大面積的銅箔，成銳角會造成波峰焊困難，而且有橋接的危險，大面積銅箔因散熱過快會導致不易焊接。 
大面積敷銅：印制線路板上的大面積敷銅常用于兩種作用，一種是散熱，一種用于屏蔽來減小干擾，初學者設計印制線路板時常犯的一個錯誤是大面積敷銅上沒有開窗口，而由于印制線路板板材的基板與銅箔間的粘合劑在浸焊或長時間受熱時，會產生揮發性氣體無法排除，熱量不易散發，以致產生銅箔膨脹，脫落現象。因此在使用大面積敷銅時，應將其開窗口設計成網狀。 
跨接線的使用：在單面的印制線路板設計中，有些線路無法連接時，常會用到跨接線，在初學者中，跨接線常是隨意的，有長有短，這會給生產上帶來不便。放置跨接線時，其種類越少越好，通常情況下只設6mm，8mm，10mm三種，超出此范圍的會給生產上帶來不便。 
板材與板厚：印制線路板一般用覆箔層壓板制成，常用的是覆銅箔層壓板。板材選用時要從電氣性能、可靠性、加工工藝要求、經濟指標等方面考慮，常用的覆銅箔層壓板有覆銅箔酚醛紙質層壓板、覆銅箔環氧紙質層壓板、覆銅箔環氧玻璃布層壓板、覆銅箔環氧酚醛玻璃布層壓板、覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板和多層印制線路板用環氧玻璃布等。由于環氧樹脂與銅箔有極好的粘合力，因此銅箔的附著強度和工作溫度較高，可以在260℃的熔錫中浸焊而無起泡。環氧樹脂浸漬的玻璃布層壓板受潮濕的影響較小。超高頻印制線路最優良的材料是覆銅箔聚四氟乙烯玻璃布層壓板。在有阻燃要求的電子設備上，還要使用阻燃性覆銅箔層壓板，其原理是由絕緣紙或玻璃布浸漬了不燃或難燃性的樹脂，使制得的覆銅箔酚醛紙質層壓板、覆銅箔環氧紙質層壓板、覆銅箔環氧玻璃布層壓板、覆銅箔環氧酚醛玻璃布層壓板，除了具有同類覆銅箔層壓板的相擬性能外，還有阻燃性。 
印制線路板的厚度應根據印制板的功能及所裝元件的重量、印制板插座規格、印制板的外形尺寸和所承受的機械負荷來決定。多層印制板總厚度及各層間厚度的分配應根據電氣和結構性能的需要以及覆箔板的標準規格來選取。常見的印制線路板厚度有0.5mm、1mm、1.5mm、2mm等。 

PCB抄板密技
第一步，拿到一塊PCB，首先在紙上記錄好所有元氣件的型號，參數，以及位置，尤其是二極管，三機管的方向，IC缺口的方向。最好用數碼相機拍兩張元氣件位置的照片。 

    第二步，拆掉所有器件，并且將PAD孔里的錫去掉。用酒精將PCB清洗干凈，然后放入掃描儀內，啟動POHTOSHOP，用彩色方式將絲印面掃入，并打印出來備用。 

    第三步，用水紗紙將TOP LAYER 和BOTTOM LAYER兩層輕微打磨，打磨到銅膜發亮，放入掃描儀，啟動PHOTOSHOP，用彩色方式將兩層分別掃入。注意，PCB在掃描儀內擺放一定要橫平樹直，否則掃描的圖象就無法使用。 

    第四步，調整畫布的對比度，明暗度，使有銅膜的部分和沒有銅膜的部分對比強烈，然后將次圖轉為黑白色，檢查線條是否清晰，如果不清晰，則重復本步驟。如果清晰，將圖存為黑白BMP格式文件TOP.BMP和BOT.BMP。 

    第五步，將兩個BMP格式的文件分別轉為PROTEL格式文件，在PROTEL中調入兩層，如過兩層的PAD和VIA的位置基本重合，表明前幾個步驟做的很好，如果有偏差，則重復第三步。 

    第六，將TOP。BMP轉化為TOP。PCB，注意要轉化到SILK層，就是黃色的那層，然后你在TOP層描線就是了，并且根據第二步的圖紙放置器件。畫完后將SILK層刪掉。 


    第七步，將BOT。BMP轉化為BOT。PCB，注意要轉化到SILK層，就是黃色的那層，然后你在BOT層描線就是了。畫完后將SILK層刪掉。 

    第八步，在PROTEL中將TOP。PCB和BOT。PCB調入，合為一個圖就OK了。 

    第九步，用激光打印機將TOP LAYER， BOTTOM LAYER分別打印到透明膠片上（1：1的比例），把膠片放到那塊PCB上，比較一下是否有誤，如果沒錯，你就大功告成了。