PCB布線原則
前面已提到過,地線面有助于減小環(huán)路面積,同時也降低了接收天線的效率。地線面作為一個重要的電荷源,可抵消靜電放電源上的 電荷,這有利于減小靜電場帶來的問題。PCB 地線面也可作為其對面信號線的屏蔽體(當(dāng)然,地線面的開口越大,其屏蔽效能就越低)。另外,如果發(fā)生放電,由于PCB 板的地平面很大,電荷很容易注入到地線面中,而不是進(jìn)入到信號線中。 這樣將有利于對元件進(jìn)行保護(hù),因為在引起元件損壞前,電荷可以泄放掉。(然而,即使泄放到地的電荷也可能損壞器件,應(yīng)采取措施加以避免)
四、加強(qiáng)電源線和地線之間的電容耦合
電源線與地線間的耦合通過兩種方式來實現(xiàn),這在前面已經(jīng)提到過。
A、使電源線與地線靠得很近,或采用多層PCB 板。這將在電源線和地線間產(chǎn)生更多的寄生電容。
B、 在電源線與地線之間接入高頻旁路電容(電容組合方式可適用于靜電放電頻率較低和較高的場合)。電源線與地線間的耦合 將有助于減小電荷注入問題。兩個物體之間由各個物體上電荷量的差異造成的電壓取決于兩者(V=Q/C)間的電容。如果X 庫侖的電荷注入到電源線中,就會在電源線和地線間產(chǎn)生Y 伏的電壓。如果電源線與地線間的電容增加一倍,X 庫侖的電 荷將僅僅產(chǎn)生Y/2 伏的電壓。當(dāng)然,這個較小的電壓造成損壞的可能性也相應(yīng)減小。
五、隔離電子元件與靜電放電電荷源
在靜電放電效應(yīng)的討論中,曾指出注入到電子儀器中的電荷可通過隔離來解決。對于 PCB 設(shè)計,這主要指將電子儀器與可能的電荷源隔離開,也與連接器端口或感應(yīng)電流趨于集中的信號線相隔離。可采取以下兩個步驟來進(jìn)行隔離:
A、使電子元件與PCB 走線遠(yuǎn)離會暴露在靜電放電中的PCB 部分(例如,操作人員可直接觸摸到的地方)。
B、使電子元件 和PCB 走線遠(yuǎn)離會暴露在靜電放電中的任意一個金屬物體(包括螺釘、機(jī)架、連接器外殼等)。后一個要求小于下面的設(shè) 計規(guī)則相關(guān)聯(lián)。
六、PCB 上的機(jī)殼地線的阻抗要低,隔離要好
盡管 PCB 軌線上的阻焊層有利于隔離PCB 走線,但阻 焊層可能會導(dǎo)致插針孔發(fā)生電弧。
A、隔離機(jī)殼地線的最好方法是使之遠(yuǎn)離電子儀器。另外,如果機(jī)殼地線的阻抗很低,靜電放電電流易于通過,就不會發(fā)生電弧。當(dāng)然,如此迅速的電荷泄放會產(chǎn)生更強(qiáng)的場,但這比電荷通過電弧直接注入 到電路中好得多。
B、機(jī)殼地線的長度不能超過其寬度的四或五倍。比這個比例更寬的地線僅能使其阻抗(電感)稍微減小,但是更窄的地線卻會使其阻抗大幅度增加。這個長寬比例意味著機(jī)殼地線必須很短才行,否則當(dāng)?shù)鼐€增長時,其寬度要很寬。
七、設(shè)計規(guī)則的優(yōu)先級
至此,關(guān)于防止靜電放電危害的 PCB 設(shè)計技術(shù)的討論已告一段落。當(dāng)然,有些時候,這些規(guī)則不能全部滿足。這時,必須有意識地對一些東西進(jìn)行取舍。本章開始部分提出三類潛在的靜電放電危害可用于確定 處理靜電放電問題的一般順序。通常是采用以下順序來進(jìn)行考慮:
1、防止電荷注入到系統(tǒng)電路,因為這會造成損壞電路。
2、防止靜電放電電流產(chǎn)生的場帶來的問題。
3、防止靜電場。
所幸的是,這些規(guī)則的大部分都是兼容的,在典型的PCB 設(shè)計中,所有的問題都可以得到很好的解決。
八、PCB 設(shè)計指南總結(jié)
對于靜電放電問題的解決方案,可按 以下十二條規(guī)則來進(jìn)行(按優(yōu)先順序排列):
1、 PCB 上的非絕緣機(jī)殼地線必須與其他走線相距至少2.2 毫米。這適用于連接到機(jī)殼地上的所有物體,包括軌線;
2、機(jī)殼地線的長度不應(yīng)超過其寬度的五倍;
3、使未絕緣的電路與操作人員可觸摸到的PCB 區(qū)域或未接地的金屬物體相隔至少2 厘米以上;
4、電源線與地線要么并排平行地放在PCB 的同一層上,要么放在相鄰的兩層;
5、地平面和地線必須連成網(wǎng)格狀。在任意一個方向上,垂直地線與水平地線至少每隔6 厘米連接一次。尤其是雙面PCB 板,也就是說,PCB 板的第一層可以布水平的地線,而第二層可布垂直的地線,必須至少每隔6 厘米放置一個過孔以將兩者相連(當(dāng)然,在小于6 厘米的地方進(jìn)行連接是更好的,地平面比地線網(wǎng)格要好一些);
6、所有信號線必須在地線面邊緣或地線以內(nèi) 13 毫米以上。地線既可以布在與信號線相同的層,也可布在與之緊挨 著的層上。如果信號線的長度達(dá)到30 厘米或其以上,則必須在其旁邊放置一根地線,在信號線上方或其相鄰面上放 置地線也是可以的;
7、電源線與地線之間跨接的旁路電容器,彼此之間的距離不能大于8 厘米(這樣每片集成塊可能 會有多個旁路電容相連);
8、相互之間連線較多的元件要靠在一起;
9、所有元件必須盡可能靠近I/O 連 接器(注意,首先應(yīng)滿足第3 條);
10、將PCB 的空余部分全部填以地線(應(yīng)注意在每隔6 厘米的地方進(jìn)行連接以產(chǎn)生地線網(wǎng)格);
11、如可能的話,將饋送電源線或信號線從PCB 板的邊緣中心處引出,而不應(yīng)從某一個角上引出來。
12、對于特別敏感且較長的信號線(30 厘米或更長),應(yīng)每隔一定間隔與其地線對調(diào)。注意:這些設(shè)計規(guī)則必須應(yīng)用到系統(tǒng)內(nèi)的所有PCB 板上(例如主板及插在上面的板卡)。例如,當(dāng)應(yīng)用第2 條時,機(jī)殼地線長度包括母板與子板所有地線的長度之和。