【技术】解析PCB板上ESD的设计与防护
不论是过去的3C认证，还是近两年的新3C认证，亦或者其它类型的认证，ESD这个项目一直都是众多硬件工程师难以克服的难题。它为什么会这么“难”呢？本文韬略科技将为您详细解析PCB板上ESD的设计与防护。
理论上来说，静电是单次出现的干扰现象，没有频率这样的一个固定说法，但是按照静电放电时间纳秒（nS）来算(F=1/T)，静电是一个频率较高的干扰信号。
干扰路径
在ESD测试中，一般测试点为外壳的金属部分和缝隙周围，前者（金属部分）是可能存在外壳与PCB的GND存在连接的地方，防止人或者其他带电物体与其接触的时候，发生静电放电对产品形成损坏，后者（缝隙）是因为部分外界干扰可以通过这些缝隙对内部的PCB或者金属部件进行一个静电放电现象。
不论是接触放电还是空气放电，对于PCB板来说都可以归于一个“强电场”干扰。只是接触放电的干扰电场会因为距离较远或者PCB走线较长，对PCB内部芯片的干扰能量减弱，而空气放电除了像接触放电一样的原理外，还会因为部分缝隙的原因直接在芯片的上方进行放电，对PCB上的芯片形成“强电场”干扰。
不重复性
静电问题中比较费解的问题有很多，其中一类就是同一块PCB板在不同的封装外壳下，体现出来的问题各不相同，或者同一批样机在同样的测试条件下，测试结果各不相同，甚至同一台机器在同样的测试条件下，每次测试出来的结果也各不一样！例如下图所示，分别为同一批生产的显示屏分别在8KV接触放电静电测试时测试出来的不同故障状态。
提前预防
对于静电来说，在研发的阶段是没有办法预测耦合路径和问题点的，所以只能在设计的时候在端口和结构上去做一些预防措施。
1、端口ESD防护
端口是PCB板必不可少的一个部件，但是它也很容易成为外界干扰进入PCB的一扇“门”，为此很多外接设备的端口都会做成金属的外壳，例如“USB、HDMI、Type-C……”来为静电或者其它干扰做一个引流，将大部分干扰直接引向GND，避免干扰通过信号线束干扰到内部敏感器件。但是，大多数的情况是金属端口接触放电或者空气放电时，内部金属端子都会受到电场的干扰，从而影响到机器的正常工作。
2、多层接地要粗
像电脑的内存条和硬盘这类对信号比较敏感的核心板，很容易被外界的干扰所影响。硬件工程师在设计这类端口的时候，考虑“接地”的问题时，只是从“理想的直流”去看待接地，也就是上下两块PCB板之间有“一根”或者“数根”纤细的pin针连接，在高频的角度来说，这样的接地是“虚假的接地”并不能起到疏导干扰的作用。
高频接地，需要一个比较“粗”的“低阻值”的线路去进行接地，这种的接地方式才会在静电干扰产生的时候，起到一个低阻抗的泄放路径。
3、敏感信号预防
除开上面说的，还需要对一些敏感的信号走线，单独再做二次防护或者多次防护，以确保机器正常工作的时候，不会因为外界的电源波动，信号干扰等因素而导致机器工作异常。
总结
对于静电问题，需要诸位硬件工程师在前期设计的时候对PCB板上的敏感信号防护、接地路径选择、接地方式选择、端口防护电路的关注不要轻视，因为这些地方都是直接影响机器能否通过静电测试的关键因素。
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