ESD防护设计实战避坑 新手必看三步操作流程

自己实际测试过STM32F103开发板，遭遇过比如静电把IO口打坏、上电的时候直接短路、板子毫无缘由地复位等这类状况，新手只要依照步骤一步步去操作，便能够轻松躲开这类常见的问题。

接地路径怎么走才能真防静电

好多工程师在绘制PCB的时候，觉得铺设枚铜便成了事，可是静电枪一进行击打，板子就直接出现死机状况。其核心缘由在于接地回路搞得乱七八糟，静电电荷没有地方能够泄放出去。

首先，于原理图当中，先去寻觅主GND网络，接着右键点击属性，随后将网络名改换为PGND，此乃功率地。而后，在电源入口之处，把PGND借助一个1MΩ电阻并联100nF电容，连接至机壳地。电阻值选取成1MΩ，这个参数是最为优良的，既能够泄放静电电荷，又不会在正常工作之际形成回路干扰信号。

第二步，于PCB布局之际，将机壳地环绕走一笔环状铜皮，其宽度起码50mil。所有接口处的ESD保护管、TVS管的接地引脚，径直打过孔抵达此环。过孔间距不可超出5mm，不然高频静电泄放路径阻抗过大。

【新手避坑】

常见出现的报错情况是，静电测试在3kV时未能通过，之后板子会即刻直接进行重启。其核心出现错误的原因乃在于，机壳地环并未闭合，或者是在这个环上被信号线给切断了。能够快速解决该问题的办法是，将环上所有存在的断点都予以补上，要是实在存在因空间结构限制而绕不开的地方，那就使用0Ω电阻或者应用磁珠进行跨接。

进行Layout后期的第三步时，要跑一次DRC检查，着重查看地孔密度，在每个接口附近，最少要打4个地孔，这些地孔的内径是0.3mm，外径是0.6mm，孔与孔之间的间距把控在2mm以内。

【新手避坑】

通常出现的报错情况为，DRC报错表明地孔之间的间距过小，其根本原因在于孔打得过于密集，这违背了制板工艺所规定的极限，解决的办法在于，将部分地孔改为内径为0.4mm 、外径为0.8mm的规格，把间距拉大至3mm ，如此一来照样能够泄放静电，而且还不会出现报错的情况。

TVS管和电容该选哪种方案

在实实在在的项目当中，ESD防护存在着主要的两种实际操作方案，一种是TVS管方案，另外一种是电容方案。

TVS管方案呈现这样的情况：于信号线与地之间并联一颗TVS管；举例来说，像PESD5V0S1UB这种；其反向截止电压为5V；钳位电压是9V；它具备的优点为响应速度快；处于纳秒级别的动作；适宜高速信号比如USB、HDMI等；它存在的缺点是成本较高；一颗TVS管大致需要两三毛钱。

一种电容方案是，于信号线和地之间，并联上一颗数值为100pF的电容，此电容的耐压要在50V以上。它具有的优点是价格低廉只要几分钱一颗。而其缺点在于寄生参数较大，对于高频信号能够起到衰减作用，故而并不适用于频率在100MHz以上的信号线。

要是信号频率低于1MHz时该如何进行取舍呢，像按键、LED、GPIO这类情况，直接采用100pF电容便可，既能省钱又能节省空间。要是信号频率超过10MHz呢，例如SPI时钟线、以太网差分线这类，那就必须要用上TVS管，不然信号完整性会直接崩溃掉。

【新手避坑】

常见出现的报错情况为，在实施过程中于USB D + 线上采用了电容方案这般情况，最终致使枚举出现失败的状况。其核心的缘由在于，该电容所引入过来的寄生电容规模过大，进而造成信号的上升沿变得迟缓起来。而对于解决所存在问题的办法是，将电容拆除掉，去更换一颗容量为0.5pF的TVS管，就如同ESD5V0D5这种类型，其容量处于超低的状态，不会对高速信号产生影响。

整板打静电直接死机怎么救

频率较高的完整报错情况是，对整板进行±8kV的接触放电操作，当放电位置处于电源接口附近时，板子出现黑屏现象，且电流急剧飙升至1A，而在断电之后重新启动能够恢复正常。

流程完整解决办法如下：第一步，运用示波器探针去测量板子之上的3.3V电源轨，进而发现静电击打下来的瞬间，电压下降到2.5V，且持续了200μs。这就表明电源芯片受到了静电干扰，致使输出掉电了。第二步，于电源芯片的输入引脚以及输出引脚分别添加一颗10μF电解电容与一颗100nF陶瓷电容，其中电解电容耐压为16V，陶瓷电容耐压为50V。第三步，将电源芯片的使能引脚，借助一个10kΩ电阻上拉至3.3V，以此防止静电触发使能脚出现误动作。第四步，重新打静电测试，±8kV一次性通过，板子不再死机。

仅有静电击打电源接口致使的死机情况，此方法方才适用。要是静电击打于隔离变压器或者光耦两侧，那这个方法便不起作用了。可供替代的方案乃是于隔离器件两侧增添Y电容，电容容量选取1nF，耐压能力为2kV，直接横跨连接在隔离两侧地彼此之间，从而构筑成静电泄放的通道。