PCB布線原則
本章及隨后幾章將討論靜電放電引起的系統(tǒng)問(wèn)題的硬件解決措施。為了便于對(duì)系統(tǒng)硬件解決進(jìn)行討論,將系統(tǒng)上的靜電放電效應(yīng)劃分成以下三個(gè)部分:
1. 靜電放電之前靜電場(chǎng)的效應(yīng)
2. 放電產(chǎn)生的電荷注入效應(yīng)
3. 靜電放電電流產(chǎn)生的場(chǎng)效應(yīng)
盡管印刷線路板(PWB,通常也稱(chēng)之為PCB)的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)上述三種效應(yīng)都產(chǎn)生影響,但是主要是對(duì)第三種效應(yīng)產(chǎn)生影響。下面的討論將針對(duì)第三條所述的問(wèn)題給出設(shè)計(jì)指南。通常,源與接收電路之間的場(chǎng)耦合可以通過(guò)下列方式之一減小(這些通用方法也會(huì)在其它討論場(chǎng)的章節(jié)中提到):
1. 在源端使用濾波器以衰減信號(hào)
2. 在接收端使用濾波器以衰減信號(hào)
3. 增加距離以減小耦合
4. 降低源和/或接收電路的天線效果以減小耦合
5. 將接收天線與發(fā)射天線垂直放置以減小耦合
6. 在接收天線與發(fā)射天線之間加屏蔽
7. 減小發(fā)射及接收天線的阻抗來(lái)減小電場(chǎng)耦合
8. 增加發(fā)射或接收天線之一的阻抗來(lái)減小磁場(chǎng)耦合
9. 采用一致的、低阻抗參考平面(如同多層PCB 板所提供的)耦合信號(hào),使它們保持共模方式
在具體設(shè)計(jì)中,如電場(chǎng)或磁場(chǎng)占主導(dǎo)地位,應(yīng)用方法7 和8 就可以解決。然而,靜電放電一般同時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng),這說(shuō)明方法7 將改善電場(chǎng)的抗擾度,但同時(shí)會(huì)使磁場(chǎng)的抗擾度降低。方法8 則與方法7 帶來(lái)的效果相反。所以,方法7 和8并不是完善的解決方案。不管是電場(chǎng)還是磁場(chǎng),使用方法1 ~ 6 與9 都會(huì)取得一定的效果,但PCB 設(shè)計(jì)的解決方法主要取決于方法3 ~ 6 和9 的綜合使用。
下面詳細(xì)闡述通過(guò)方法 3 ~ 6 和9 解決問(wèn)題的六條實(shí)踐法則及其原因所在。
一、保持環(huán)路面積最小
任意一個(gè)電路回路中有變化的磁通量穿過(guò)時(shí),將會(huì)在環(huán)路內(nèi)感應(yīng)出電流。電流的大小與磁通量成正比。較小的環(huán)路中通過(guò)的磁通量也較少,因此感應(yīng)出的電流也較小,這就說(shuō)明環(huán)路面積必須最小。應(yīng)用這一經(jīng)驗(yàn)的困難之處是如何找到環(huán)路。
每個(gè)人都知道圖16 中所示的環(huán)路,但要正確識(shí)別圖17 中所示的環(huán)路則比較困難。
圖 16 簡(jiǎn)單的PCB 回路
圖 17 電源線與地線構(gòu)成的PCB 回路
與其試著去找出所有可能的環(huán)路,還不如采取下列步驟來(lái)減小環(huán)路面積:
A、電源線與地線應(yīng)緊靠在一起以減小電源和地間的環(huán)路面積。
圖 18 示例說(shuō)明了電源線與地線同集成電路連接的幾種不同方法。
圖 18 電源與地形成的環(huán)路面積的減小