PCB设计-关于ESD的设计方法

　　本文章将细谈对电路板提高静电防护的PCB设计方法，主要包括以下三个方面：元件布局设计、布线设计、铺地设计。

　　1.元件布局设计

　　在PCB板上ESD的损害主要表现在外部接口拔插时，ESD对PCB板和元件的损害，故PCB的元件布局就格外重要了，特别是ESD元器件（TVS管、LC滤波器、铁氧磁珠、高压电容等）的布局。

　　（1）敏感元件的布局：将MCU、晶振等敏感元器件尽量远离板边，同时要远离静电放电源头（外部接口）；

　　（2）敏感电路的布局：将复位电路等敏感电路尽量远离板边，防止静电干扰使得系统异常的复位；

　　（3）ESD元件的布局：对于信号线来说布局为，连接器→ESD元件→匹配电阻→MCU；对于电源线来说布局为，电源接头→TVS管→滤波器→电容→后级负载。下面将介绍USB和HDMI的ESD元件布局方式。

　　USB和HSMI的ESD元件布局如下图1和图2 所示，ESD元件（红色框的元件）要与连接器布局在同一面，且要尽量的靠近连接器，最小可以做到ESD元件实体与连接器实体间距≥10mils，如果考虑后期维修，可以预留够放络铁头的空间。

图1　USB的ESD元件布局

图2　HDMI的ESD元件布局

　　值得注意的是，现在很多产品都会用到如下图3所示的ESD元件，这种ESD元件的特别之处就是Pin1要靠近外部连接器。因为Pin1这排的Pin(1，2，4，5)才是ESD的引脚，而后面这排Pin是没有功能作用的，其设计仅是为了方便走线，如下图4所示。

图3　ESD元件引脚布局

图4　ESD元件引脚布局

　　2.布线设计

　　布线是一定要遵循信号从连接器进来后，必须先经过ESD元件再进入到MCU元件或其它电路，且连接器到ESD元件这段布线最好不要换层（这就是连接器和ESD元件放在同一面的原因），如下图5所示为USB的布线方式，其它信号都可以参考这样的布线方式。注意ESD元件的地最好是铺铜（或走线要粗），然后多打地过孔到地平面层(看图4)，这是很多人会忽略的细节点。模拟信号、高速信号、高频信号、时钟信号等关键信号的布线不要靠近ESD元件引脚或者ESD元件正下方，所有信号线布线所形成的环路面积尽量小，尽量不要靠近PCB板的边缘。