ESD和浪涌防护设计指引-ELECTRONIXru.PDF

ESD 和浪涌防护设计指南 目录 1、绪论3 2、PCB 的ESD 防护3 2.1 保持信号的环路面积最小3 2.2 保证走线长度尽量短4 2.3 接口信号保护4 3、浪涌的防护6 ESD 和浪涌防护设计指南_V1.00 2 1、绪论 本文档旨在指导客户使用SIMCom模块开发设计时做PCB 的ESD和浪涌的防护设计，使 系统的抗静电防浪涌能力更强，增强系统的健壮性。 本文档将以SIM7100C的国网一型小板为例介绍模块应用设计中的防护设计，基于成本 的考虑，该小板设计为成本较低的两层通孔板，也是多数客户常用的设计方式。 2、PCB 的ESD 防护 随着芯片制程工艺的进步，IC 的集成度越来越高，同时芯片的栅极氧化层厚度越来越 薄，这就大大降低了芯片本身的抗ESD 能力，同时芯片厂商为了压缩芯片的面积体积，原 本用于ESD 防护的空间资源也大大压缩，这就需要我们在设计电路时，考虑在芯片外围加 入ESD 防护措施。 SIMCom在做客户技术支持以及失效主板分析时，会遇到各种各样的静电损伤问题，以 下罗列不良现象为较为常见问题： ●模块上电即大电流，测量发现VBAT对地阻抗异常 ●模块USB不通讯，电脑不识别模块端口 ●模块开机大电流，VBAT对地阻抗正常，某路DCDC对地阻抗异常 ●系统无法开机，无电流 ●某GPIO脚无法控制其高低状态 ●模块串口只能收或者只能发送数据，测量发现TXD或RXD对地阻抗异常 ●模块无法注册网络，射频状态异常 ●模块开机自动进入下载模式 ●系统复位重启 ●系统掉话，无法识别SIM卡 ●系统异常关机 针对以上问题，本文将从防静电设计的原理和实际应用方面进行讲解分析，项目的形态 可能千变万化，但是希望客户能够掌握其根本原理，把理论应用到实际设计中。 2.1 保持信号的环路面积最小 静电放电除了直接接触IC造成损失外，也会通过产生的电磁脉冲造成系统的崩溃甚至损 伤。静电放电瞬间会激发出较强的磁场，该变化的磁场会作用于主板上的闭环信号通路产生 感生电场，信号环路的面积越大，产生的感生电动势越大，叠加在信号上后对于信号的影响 也越严重。 为了优化ESD 问题，可以从减小环路面积着手。 ●最好能保证较为完整的参考地平面，使电源和信号的环路面积最小 ●电源线和地线直接安装高频旁路电容 ●对于敏感信号在靠近芯片端放置串联磁珠、并联电容 ESD 和浪涌防护设计指南_V1.00 3 ●地平面多打地孔加强各层地的连接 在保证RF信号最优的前提下，客户应着重关注电源走线，按照以上建议设计电源走线， SIM7100C国网一型板主板上尽可能多的打了通孔以保证地信号的连接，并且保证了较为完 整的地平面。 图一是小板的正反面走线情况，右边高亮的是VBAT走线，系统电流从连接器给到模块 VBAT处。左边红色图案是小板正面，图中高亮的六个点分别是连接器的主地和模块的主地， 黄色线条标注了系统的主回流路径，由于正面有非常完整的参考地平面，所以VBAT 的闭环 面积非常小，能够很好的抗静电干扰。 图 1 SIM7100C 国网一型板 图一中黄色线条标注的是系统主回流路径，设计时应避免把SIM卡的主地，RF_IN 的主 地放在这个区域内。 2.2 保证走线长度尽量短 较短的走线会接收较少的辐射干扰分量，能一定程度上减少静电辐射对于信号和电源的 影响。客户在做器件布局时，应尽量集中摆放元器件，这样有利于集中走线，集中打孔，保 证模块与其他器件间的走线较短，并且参考地平面会较为完整。 2.3 接口信号保护 人手能够触及的接口电路部分，如 SIM 卡，SD 卡电路，耳机接口，通常是ESD 发生 概率较大的区域，客户应考虑加入TVS