一种防御二次静电放电的实现方法，电路板及设备技术

本发明专利技术提供一种防御二次静电放电的实现方法，电路板及设备，量测二次静电波形；根据量测的二次静电波形，计算二次静电的带宽；依据二次静电的带宽小于截止频率，利用过孔的滤波电容和滤波电路电感组成π型滤波电路的方法，防止二次静电放电对电路元件的损害。并且通过在芯片下方电路板的预设层配置接地环；在接地环上设有预设数量的过孔；芯片的信号线通过所述接地环所在层的下方信号层穿出所述接地环等方式，进一步的防止二次静电放电对电路元件的损害，可以大幅降低产品的设计风险，提高产品的综合品质，避免了当间隙冲电电压高于空气击穿的阈值电压时，这些微小的亚毫米间隙将会产生二次静电放电，对周边电路产生危害。

Implementation method, circuit board and equipment for defending secondary electrostatic discharge

【技术实现步骤摘要】
一种防御二次静电放电的实现方法，电路板及设备
本专利技术涉及电路板领域，尤其涉及一种防御二次静电放电的实现方法，电路板及设备。
技术介绍
二次静电放电(SecondaryElectrostaticDischarge)是一种特殊的静电放电形式，当带电人体接触到电子产品时，除了人体对电子产品的一次放电外，一次放电会对电子产品金属部件间的间隙快速充电，当间隙电压远超过静态击穿电压时，会形成强烈的二次放电现象。二次放电一般发生在电子产品内部，从内部干扰和损伤电子产品，而且受环境的影响更剧烈，产生的电磁危害更强，物理机制也更复杂。由于其特殊性与复杂性，直接套用传统的静电放电理论与经验模型有很大的局限性，二次静电的防护是静电防护领域的一个难点。目前电子产品只有一次静电(ESD)的防护设计，对ESD的防护最常见的方法就是：使用ESD保护器件，常用的防静电元器件是TVS(TransientVoltageSuppressor)瞬态电压抑制器，与常见的用于整流的肖特基二极管不同，它的特点是当两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以纳秒量级的速度将两极间高阻抗变为很低的阻抗，将电压箝位于一个预定值。静电有正负之分。因此，用的都是双向的TVS.从单通道到多通道，TVS有多钟形式，比如USB信号，是六通道的，参考图1。电子产品中不可避免的存在“浮地”金属部件，比如：金属按键，浮地指的是某部件没有和电子产品的接地部件连通。这些浮地金属部件与电子产品内部的其他金属部件形成了亚毫米级的间隙。当电子产品在使用中，触碰到这些浮地的金属部件会发生一次静电放电，也许这时的一次静电放电可能并不影响产品的正常工作。但是，如图2所示，一次静电放电会对金属部件间隙进行充电，当间隙冲电电压高于空气击穿的阈值电压时，这些微小的亚毫米间隙将会产生二次静电放电，对周边电路产生危害。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种防御二次静电放电的实现方法，方法包括：S1，量测二次静电波形；S2，根据量测的二次静电波形，计算二次静电的带宽；S3，依据二次静电的带宽小于截止频率，配置π型滤波电路，选取电路板的过孔参数；S4，在芯片下方电路板的预设层配置接地环；S5，在接地环上设有预设数量的过孔；S6，将芯片配置到接地环内，芯片的接地引脚与接地环连接；S7，芯片的信号线通过所述接地环所在层的下方信号层穿出所述接地环。优选地，步骤S3还包括：截止频率的计算方式为：R为滤波电路的终端匹配电阻；L为滤波电路电感，C为滤波电容。优选地，滤波电容的计算方式为：ε为PCB板材的介电常数，过孔焊盘直径为d1,过孔直径为d2；滤波电路电感的感值为L＝2*10-7h[ln(4h/d2)-1]h为过孔的长度，d2过孔直径。优选地，步骤S4中在芯片下方电路板的TOP层配置接地环。优选地，芯片的信号线使用微孔换层到所述接地环所在层的下方信号层穿出所述接地环。优选地，所述微孔的孔径小于0.3mm，长度小于1.5mm；所述微孔靠近接地环上的过孔设置。优选地，接地环上的过孔为盲孔。优选地，过孔之间的尺寸小于二次静电带宽波长的二十分之一。基于上述方法，本专利技术还提供一种电路板，包括防御二次静电放电的实现方法所配置的电路板。基于上述方法，本专利技术还提供一种设备，包括电路板。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：本专利技术依据二次静电的带宽小于截止频率，利用过孔的滤波电容和滤波电路电感组成π型滤波电路的方法，防止二次静电放电对电路元件的损害。并且通过在芯片下方电路板的预设层配置接地环；在接地环上设有预设数量的过孔；芯片的信号线通过所述接地环所在层的下方信号层穿出所述接地环等方式，进一步的防止二次静电放电对电路元件的损害，可以大幅降低产品的设计风险，提高产品的综合品质，避免了当间隙冲电电压高于空气击穿的阈值电压时，这些微小的亚毫米间隙将会产生二次静电放电，对周边电路产生危害。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中USB的TVS六通道保护线路图；图2为二次静电干扰示意图；图3为防御二次静电放电的实现方法流程图；图4为二次静电的波形图；图5为过孔示意图；图6为过孔的等效电路图；图7为过孔类型图；图8为二次静电防御的PCB设计示意图。具体实施方式本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本专利技术的范围。对于本专利技术来讲，涉及的电路板即为本领域常用的PCB板，利用过孔的寄生电容和滤波电路电感组成π型滤波电路，并且通过一些PCB的布线设计来防止二次静电放电对电路元件的损害。具体的本专利技术提供一种防御二次静电放电的实现方法，如图3所示，方法包括：S1，量测二次静电波形；测量二次静电波形可以使用示波器和高压探头，量测二次静电波形，如图4，可以理解的是PCB板上设置有多个芯片，量测点可以选取距离二次放电点最近的芯片的pin脚，作为使用高压探头时，应串接衰减器和磁环，以防止二次静电对示波器的损伤。S2，根据量测的二次静电波形，计算二次静电的带宽；根据二次静电的示波器波形图4，读取二次峰值的上升时间Tr，例如如图4中的1ns。得出二次静电的最大辐射带宽为BW＝1/Tr＝1GHz。S3，依据二次静电的带宽小于截止频率，配置π型滤波电路，选取电路板的过孔参数；这里要通过选取合适的过孔参数的设计，不断调整过孔的焊盘和孔径尺寸、盲孔的长度，使得二次静电的带宽小于截止频率f0。其中，本专利技术是利用过孔的寄生电容和滤波电路电感组成π型滤波电路，并且通过PCB的布线设计来防止二次静电放电对电路元件的损害。当PCB过孔的最大尺寸小于二次静电放电的波形的波长时，也就是呈现电短特性时，过孔可以等效为图5和图6所示的π型滤波电路。电容是由两层之间的焊盘产生的，C为滤波电容的等效容值也就是滤波电容。ε为PCB板材的介电常数，过孔焊盘直径为d1,过孔直径为d2。令L为滤波电路电感的感值，h为过孔的长度，d2过孔直径。L＝2*10-7h[ln(4h/d2)-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防御二次静电放电的实现方法，其特征在于，方法包括：/nS1，量测二次静电波形；/nS2，根据量测的二次静电波形，计算二次静电的带宽；/nS3，依据二次静电的带宽小于截止频率，配置π型滤波电路，选取电路板的过孔参数；/nS4，在芯片下方电路板的预设层配置接地环；/nS5，在接地环上设有预设数量的过孔；/nS6，将芯片配置到接地环内，芯片的接地引脚与接地环连接；/nS7，芯片的信号线通过所述接地环所在层的下方信号层穿出所述接地环。/n

【技术特征摘要】
1.一种防御二次静电放电的实现方法，其特征在于，方法包括：
S1，量测二次静电波形；
S2，根据量测的二次静电波形，计算二次静电的带宽；
S3，依据二次静电的带宽小于截止频率，配置π型滤波电路，选取电路板的过孔参数；
S4，在芯片下方电路板的预设层配置接地环；
S5，在接地环上设有预设数量的过孔；
S6，将芯片配置到接地环内，芯片的接地引脚与接地环连接；
S7，芯片的信号线通过所述接地环所在层的下方信号层穿出所述接地环。


2.根据权利要求1所述的实现方法，其特征在于，
步骤S3还包括：
截止频率的计算方式为：



R为滤波电路的终端匹配电阻；
L为滤波电路电感，C为滤波电容。


3.根据权利要求2所述的实现方法，其特征在于，
滤波电容的计算方式为：



ε为PCB板材的介电常数，过孔焊盘直径为d1，过孔直径为d2；
滤波电路电感的感值为
L＝2*10-7h[ln(4h...

【专利技术属性】
技术研发人员：党杰，
申请(专利权)人：苏州浪潮智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32