优质 PCB 布局是如何有效抵御 ESD 静电干扰

在电子设备的设计中，PCB（印刷电路板）的设计质量对设备的性能和稳定性起着至关重要的作用，尤其是在应对 ESD（静电放电）干扰方面。俗话说 “板子 lay 的好，ESD 没烦恼”，提高 ESD 静电防护，PCB 设计需要做好以下几点：

对于电源布局的整改，如图 1 所示：

图1

1、DCDC 电源布局方面，在电压输出端经过电感时，旁路电容和储能电容的布局十分关键。旁路电容 C14、C13 应尽量靠近电感输出，取电压最好是经过电容 C12 后取电。这样做的目的是让电路可更好地进行滤波，减少干扰。从电子学原理来讲，靠近电感输出的旁路电容能够更及时地对电压波动进行补偿，经过电容 C12 取电可以进一步平滑电压，提高电源的稳定性。

2、所有通过电源线、信号线上的高频旁路电容都应尽量就近接地。这是因为就近接地可以减小进入电路系统的 ESD 大电流，起到更好的吸收干扰的作用。高频旁路电容的主要作用是滤除高频噪声，当它就近接地时，能够更快速地将高频干扰信号引入大地，从而保护电路不受 ESD 的影响。

3、复位线、恢复出厂信号线要尽可能短。因为越长的走线就越难承受 ESD 能量，故元器件的布局应尽可能凑近以减短走线长度。若实在无法避免，线的两边尽量有地包裹，如图 2 所示。这样做的目的是减少其他信号干扰，避免受到干扰使芯片无故重启。同时，也可在电路上加电容或电阻，可增大内阻，防止过大的干扰信号。增加电容或电阻可以改变电路的阻抗特性，使得 ESD 产生的大电流在经过时受到一定的阻碍，从而保护芯片。

图2

4、开关复位线布局也是同样的原理，在电路上可加上一个 π 型滤波电路，如下图图 3 所示，可更好的消除外界干扰，防止芯片重置。π 型滤波电路由电容和电感组成，能够对不同频率的信号进行滤波，有效地抑制 ESD 产生的高频干扰信号。

图3

5、给芯片供电时，电源走线尽量是先通过电容再流向芯片，这对芯片起到保护作用。如图 4 所示。电容可以对电源进行滤波和储能，当电源电压出现波动时，电容能够及时提供或吸收能量，保证芯片得到稳定的电源供应。

图4

6、地线铺铜尽量避免直角。尽量使用拐角大于 90°，因为直角尖会产生干扰，会导致放电路径不一致。如图 5 所示。直角处的电场分布会发生畸变，容易产生电磁辐射，从而影响电路的正常工作。采用大于 90° 的拐角可以减少这种干扰，保证放电路径的一致性。

图5

7、通讯线先经过保护器件，再经过防雷管放电，防雷管就近接地，再经过 TVS 放电。线尽量短，回路尽可能小，可快速消除干扰信号。在地线上加上 Y 电容，可快速放电，消除静电。通讯线在传输信号时容易受到 ESD 的干扰，通过保护器件、防雷管和 TVS 的依次作用，可以有效地将 ESD 产生的大电流引入大地，保护通讯设备。Y 电容的作用是在高频时提供低阻抗路径，使静电能够快速泄放。

图6

8、MCU 和其他芯片可以分开取电，避免相互干扰，可在电路上加 LC 滤波电路。电路如图所示：

图7

9、也可使用多层板。多层板可大大改善系统抵抗 ESD 放电的能力。将第一层接地平面尽可能靠近信号走线层，可使 ESD 瞬态放电在到达走线时能很快抵消。多层板的结构可以提供更多的接地层和电源层，增加了信号的屏蔽效果，减少了 ESD 对信号的干扰。

10、加隔离。电气隔离也是抑制静电放电冲击的一种方法。在 PCB 上加隔离芯片或者光耦、变压器等，以及结合截止隔离和屏蔽可以很好抑制静电放电冲击。隔离芯片、光耦和变压器等可以将电路的不同部分隔离开来，阻止 ESD 产生的大电流在电路中传播，从而保护设备的安全。

总的来说，关于防止 ESD 静电干扰的设计，电源平面、接地平面和信号线的布局是 PCB ESD 防护设计的重要措施之一。合理的布局可以有效地提高电子设备的抗 ESD 能力，保证设备的稳定运行。