PCB防静电（ESD）设计

通过 PCB的分层设计、恰当的布局布线和安装，可以实现 PCB的抗ESD设计，要达到期望的抗ESD能力，通常要通过几个测试-解决问题-重新测试这样的周期，每一个周期都可能至少影响到一块 PCB的设计。在 pcb设计过程中，通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。

要调整 PCB布局布线，使之具有最强的 ESD防范性能。

E1.尽可能使用多层PCB。

相对于双面 PCB而言，地平面和电源平面以及排列紧密的信号线-地线间距能够减小共模阻抗(common impedance)和感性耦合，使之达到双面 PCB的 1/10到 1/100。尽量地将每一个信号层都紧邻一个电源层或地线层。

对于顶层和底层表面都有元器件，具有很短连接线以及许多填充地的高密度 PCB，可以考虑使用内层线。大多数的信号线以及电源和地平面都在内层上，因而类似于具备屏蔽功能的法拉第盒。

E2.对于双面PCB来说，要采用紧密交织的电源和地栅格。

电源线紧邻地线，在垂直和水平线或填充区之间，要尽可能多地连接。一面的栅格尺寸小于等于60mm。如果可能，栅格尺寸应小于13mm(0.5英寸)  

E3.确保每一个电路尽可能紧凑。

E4.尽可能将所有连接器都放在一边。

E5.如果可能，将电源线从卡的中央引入，并远离容易直接遭受 ESD影响的区域。

E6.在引向机箱外的连接器(容易直接被ESD击中)下方的所有PCB层上，要放置宽的机箱地或者多边形填充地，并每隔大约13mm的距离用过孔将它们连接在一起。

E7.在卡的边缘上放置安装孔，安装孔周围用无阻焊剂的顶层和底层焊盘连接到机箱地上。

E8. PCB装配时，不要在顶层或者底层的焊盘上涂覆任何焊料。使用具有内嵌垫圈的螺钉来实现 PCB与金属机箱/屏蔽层或接地面上支架的紧密接触。

E9.在每一层的机箱地和电路地之间要设置相同的隔离区，如果可能，保持间隔距离为 0.64mm(0.025英寸)  

E10.在卡的顶层和底层邻近安装孔的位置，每隔100mm(4.0英寸)沿机箱地线将机箱地和电路地用1.27mm宽(0.050英寸)的线连接在一起。与这些连接点的相邻处，在机箱地和电路地之间放置用于安装的焊盘或安装孔，这些地线连接可以用刀片划开以保持开路，或用磁珠/高频电容的跳接，以改变 ESD测试时的接地机制。

E11.如果电路板不会放入金属机箱或者屏蔽装置中，在电路板的顶层和底层机箱地线上不能涂阻焊剂。这样它们可以作为ESD电弧的放电路径。

E12.要以下列方式在电路周围设置一个环形地。

除边缘连接器以及机箱地以外，在整个外围四周放上环形地通路。

确保所有层的环形地宽度大于 2.5mm (0.1英寸)。

每隔 13mm(0.5英寸)用过孔将环形地连接起来。

将环形地与多层电路的公共地连接到一起。

对安装在金属机箱或者屏蔽装置里的双面板来说，应该将环形地与电路公共地连接起来。

不屏蔽的双面电路则应该将环形地连接到机箱地，环形地上不能涂阻焊剂，以便该环形地可以充当 ESD的放电路径，在环形地(所有层)上的某个位置处至少放置一个 0.5mm宽(0.020英寸)的间隙 这样可以避免形成一个大的环路。

信号布线离环形地的距离不能小于 0.5mm。

E13.在能被 ESD直接击中的区域，每一个信号线附近都要布一条地线。

E14.I/O电路要尽可能邻近对应的连接器。

E15.对易受 ESD影响的电路，应该放在邻近电路中心的区域，这样其它的电路可以为它们提供一定的屏蔽作用。

3 电容和接地过孔对回流的作用
高速PCB设计中对于EMI的抑制是非常灵活的，设计者永远不可能很完美地解决所有的EMI问题，只有从小处着手，从对各个细节的把握来达到整体抑制的效果，有时，往往一个看似微不足道的电容或过孔都能起着举足轻重的作用。也许提到电容对EMI的抑制作用大家都比较熟悉，即利用电容的储能滤波特性，稳定电压，消除高次谐波，从而达到降低EMI的效果。在这节里，我们将重点分析一下电容和接地过孔在保证信号低阻抗回路中所起的作用，这也是多层PCB板设计中有效抑制EMI的重要方面之一。
多层PCB设计中，由于布线密度，拓补结构的要求，信号走线经常需要在层间切换，如果它所参考的地平面也发生变化，那么该信号的回流路径将发生变化，从而产生一定的EMI问题，如图2所示：

图2 信号换层带来的EMI问题
解决这一问题最简单也是最有效的方法就是合理添加电容或过孔。如果两个不同的参考平面都是地或都是电源，那么我们可以通过添加接地过孔或者电源连接过孔来为信号的回流提供回路(图3 A);如果两个参考平面是电源和地之间的切换，那么就可以利用旁路电容提供低阻抗的回路(图3 B)。

图3 过孔或电容提供回流通路
上图我们可以看到，在信号走线换层的附近多放置一些接地过孔(电源孔)和电容能为信号提供完整的低阻抗的回路，保证了信号和回流之间的耦合，从而抑制了EMI。需要注意的是，回流通过电容切换参考平面时，由于本身及过孔的寄生电感存在，仍然会产生一定的电磁辐射和信号衰减，所以设计者头脑里要有一个正确的指导思想：尽量少换层走线，换层后尽量保持信号靠近同一(或者同属性)的参考平面。
PCB板上器件的布局，可以按照下面几个原则来进行：
按照器件的功能和类型来进行布局。对于功能相同或者相近的器件，放置在一个区域里面有利于减小他们之间的布线长度。而且还能防止不同功能的器件在一个小区域内形成干扰。
按照电源类型进行布局。这个是布局中最重要的一点，电源类型包括不同的电源电压值，数字电路和模拟电路。按照不同电压，不同电路类型，将他们分开布局，这样有利于最后地的分割，数字地紧贴在数字电路下方，模拟地紧贴在模拟电路下方。这样有利于信号的回流和两种地平面之间的稳定。
关于共地点和转换器的放置。由于电路中很可能存在跨地信号，如果不采取什么措施，就很可能导致信号无法回流，产生大量的共模和差模EMI。所以，布局的时候尽量要减少这种情况的发生，而对于非走不可的，可以考虑给模拟地和数字地选择一个共地点，提供跨地信号的回流路径。电路中有时还存在A/D或D/A器件，这些转换器件同时由模拟和数字电源供电，因此要将转换器放置在模拟电源和数字电源之间。
对于PCB的走线，我们这里建议如下一些措施来抑制EMI：
保证所有的信号尤其是高频信号，尽可能靠近地平面(或其他参考平面)。
一般超过25MHz的PCB板设计时要考虑使用两层(或更多的)地层。
在电源层和地层设计时满足20H原则。

(由于RF电流在电源层和地层的边缘也容易发射电磁波，解决这个问题的最好方法就是采用20-H规则，即地平面的边缘比电源平面大20H(H是电源到地平面的距离)。若是设计中电源的管脚在PCB的边缘，则可以部分延展电源层以包住该管脚。)
将时钟信号尽量走在两层参考平面之间的信号层。
保证地平面(电源平面)上不要有人为产生的隔断回流的断槽。
在高频器件周围，多放置些旁路电容。
信号走线时尽量不要换层，即使换层，也要保证其回路的参考平面一样。
在信号换层的过孔附近放置一定的连接地平面层的过孔或旁路电容。
当走线长度(单位英寸)数值上等于器件的上升时间(单位纳秒)，就要考虑添加串联电阻。
保证时钟信号或其他高速电路远离输入输出信号的走线区域。
尽量减少印制导线的不连续性，例如导线宽度不要突变，导线的拐角应大于90度，信号走线不能呈环状等。
在一些重要的信号线周围可以加上保护的地线，以起到隔离和屏蔽的作用。
对于跨地信号，要想办法保证它最小回流面积。