如何通过硬件电路优化降低ESD干扰

Release time：2025-08-25
author：AMEYA360
source：网络
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　　在电子电路系统设计中，工程师处理ESD有时候总觉得没有头绪，主要原因是ESD测试难以量化，每次测试的结果也会存在差异，所以凭感觉处理起来很‘玄学’。 简单说起来就是ESD对系统内部存在干扰，但处理起来常常就是一团乱麻，监测不到ESD泄放路径。单从电路增加ESD防护设计维度有时候是无法达到目的，所以PCB设计是解决ESD防护问题中非常重要的一环，但必要时还是要配合ESD器件共同达到抑制的目的。

　　无论是普通电路系统还是高速电路系统，对于EMC的处理都很有必要，今天就分享几个PCB Layout几个原则，可以大大减小EMC出现问题的概率。PCB布局的ESD防护思路是：敏感的信号或者电路远离静电放电测试点，信号环路面积最小化噪声耦合，降低参考地平面电位差保持信号参考电平稳定。

如何通过硬件电路优化降低ESD干扰

图1.PCB Layout示意图

　　如图1所示，PCB Layout设计建议参考

　　1. 单层PCB设计时，设置良好的接地平面和电源平面，信号线尽可能紧靠电源平面层或接地平面，保证信号回流时的通路以最短，信号环路最小的原则。

　　2. 多层PCB层叠设计必须保证比较完整的GND平面，所有的 ESD泄放路径直接通过过孔连接到这个完整的GND平面，其他层尽可能多的铺 GND。

　　3. 在PCB四周增加地保护环路，关键信号(RESET/Clock等)与板边距离不小于 5mm，同时必须与布线层的板边GND铜皮距离不小于 10mils。

　　4. 在电源和接地之间设计高频旁路电容，要求等效串联电感值(ESL)和等效串联电阻(ESR)越小越好

　　5. 对于部分ESD 整改难度较大的IO，可将IO GND独立出来，与电源GND用磁珠连接，以防止ESD能量进入GND。

　　另外，在PCB布局时做好敏感器件的保护、隔离，一些敏感模块如射频、音频、存储器可以添加屏蔽罩。但屏蔽罩的整体成本太高，ESD保护器件具有更好的性价比，但如何选用合适的ESD器件才是关键，配合PCB的线路设计达到防护目的。

如何通过硬件电路优化降低ESD干扰

图2.ESD泄放路径避免能量进入保护电路

　　放电事件通常通过接口(如连接线)或人工端口(如USB、音频)迫使电流 IESD (图2)迅速进入系统。使用ESD二极管保护系统免受ESD影响，取决于ESD二极管能否将 IESD 分流到地，在选用ESD器件时需要注意如下参数：

　　1.工作电压 (VRWM)

　　VRWM工作电压是指建议器件工作电压范围，应用电路最高电压超过该值时会导致漏电流增大，从而损坏器件和影响系统运行。建议电路应用电压≤ ESD 器件的工作电压VRWM。

　　2.结电容(Cj)

　　ESD器件与信号并联使用，而ESD半导体设计时的寄生电容，对于高速信号应最大限度地减小结电容Cj以保持信号完整性。

　　3. IEC 61000-4-2等级(Contact discharge/ Air discharge)

　　IEC61000-4-2等级体现器件在接触放电和空气放电的稳健性。接触放电是指用静电枪向ESD器件放电时该器件可承受的最大电压。空气放电是指使用静电枪空气间隙向ESD器件放电时该器件可承受的最大电压。

　　4.ESD器件通道数

　　ESD器件有单通道和多通道不同封装类型。多通道是内部集成多个单通道器件，根据应用需求，多通道器件可实现更小尺寸方案并节省PCB空间，当然，单通道器件可提供更高的设计灵活性。

　　5.单向与双向

　　双向ESD器件可同时具有正负工作电压的电路中(±3.3V等)，因此，双向ESD器件可支持数据信号在正负电压之间切换的接口(如模拟信号/RS233等)。单向ESD只有工作在正电压范围，但具有更好的负钳位。

　　6. 钳制电压(Vc)

　　钳制电压表示瞬态脉冲下作用于ESD器件时2端的压降，钳制电压越低意味能更好的保护后级的电子元件。瞬态测试包含静电和浪涌，不同测试条件下钳制电压不同，选型前确认具体测试需求和后级极限损坏电压，保证器件选型的合理性

　　综上，要想从PCB布局+ESD二极管实现最好的静电防护，很大程度上需要从整机系统上优化设计。因为设计人员无法控制 IESD，所以降低对地阻抗是将钳制电压最小化的主要方法。设计建议如下(图3)。

如何通过硬件电路优化降低ESD干扰

图3.ESD二极管PCB优化建议



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电路中的“高频”和“高速”有什么区别？
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电路中的“高频”和“高速”有什么区别？

　　“高速电路”已经成为当今电子工程师们经常提及的一个名词，但究竟什么是高速电路?　　这的确是一个“熟悉”而又“模糊”的概念。而事实上，业界对高速电路并没有一个统一的定义，通常对高速电路的界定有以下多种看法：有人认为，如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ，而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量(比如说1/3)，就称为高速电路;也有人认为高速电路和频率并没有什么大的联系，是否高速电路只取决于它们的上升时间;还有人认为高速电路就是我们早些年没有接触过，或者说能产生并且考虑到趋肤效应的电路;更多的人则对高速进行了量化的定义，即当电路中的数字信号在传输线上的延迟大于1/2上升时间时，就叫做高速电路，本文也沿用这个定义作为考虑高速问题的标准　　此外，还有一个容易产生混淆的是“高频电路”的概念，“高频”和“高速”有什么区别呢?对于高频，很多人的理解就是较高的信号频率，虽然不能说这种看法有误，但对于高速电子设计工程师来说，理解应当更为深刻，我们除了关心信号的固有频率，还应当考虑信号发射时同时伴随产生的高阶谐波的影响，一般我们使用下面这个公式来做定义信号的发射带宽，有时也称为EMI发射带宽。　　F=1/(Tr*π)　　F是频率(GHz)，Tr(纳秒)指信号的上升时间或下降时间。　　通常当F>100MHz的时候，就可以称为高频电路。所以，在数字电路中，是否是高频电路，并不在于信号频率的高低，而主要是取决于上升沿和下降沿。根据这个公式可以推算，当上升时间小于3.185ns左右的时候，我们认为是高频电路。　　对于大多数电子电路硬件设计工程师来说，完全没有必要拘泥于概念的差异，心中应该有个广义的“高速”定义，那就是：如果在确保正确的电气连接的前提下，电路仍不能稳定的高性能工作，而需要进行特殊的布局、布线、匹配、屏蔽等处理，那么，这就是“高速”设计。
2025-05-29 11:38 reading：425
一文了解分立电路和集成电路的区别
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一文了解分立电路和集成电路的区别

　　在电子技术领域，分立电路和集成电路是两种常见的电路形式，它们各自有着独特的特点和应用场景。　　一、基本概念　　分立电路 ：是指由分立的电子元件，如电阻、电容、电感、晶体管等，通过导线连接而成的电路。这些元件各自独立封装，具有明显的物理界限，需要手动或通过简单的自动化设备进行焊接和连接，以实现特定的电路功能。　　集成电路 ：是将大量的电子元件(如晶体管、二极管、电阻、电容等)以及它们之间的连接导线，通过半导体工艺集成在一个小小的芯片上，构成一个完整的电路系统。有如一个微缩的电子世界，把复杂的功能都浓缩在一块小小的硅片上。　　二、尺寸与体积　　分立电路 ：由于元件是独立的，并且需要一定的连接空间，所以分立电路的尺寸和体积相对较大。例如，一个简单的分立放大电路，可能需要数个甚至数十个分立元件，分布在一块较大的电路板上，占据较大的空间。　　集成电路 ：其优势在于高度的集成化，能够在很小的芯片面积上集成成千上万甚至更多的电子元件。一个典型的集成电路芯片可能只有几平方毫米到几十平方毫米大小，但可以实现非常复杂的功能，大大减小了电路的尺寸和体积。　　三、性能指标　　分立电路 ：　　在一些高频应用中，由于元件之间的分布参数(如引线电感、寄生电容等)较大，可能会对电路的高频性能产生较大的影响，导致带宽受限、信号衰减等问题。　　其参数的一致性和稳定性相对较差，因为每个分立元件在制造过程中可能会存在一定的差异，而且受环境因素(如温度、湿度等)的影响较大，这会影响整个电路的性能。　　集成电路 ：　　经过精心的电路设计和半导体工艺优化，能够在较宽的频率范围内保持较好的性能，具有较高的增益、较低的噪声和较好的线性度等性能优势。　　由于元件是在同一块芯片上制造出来的，其参数的一致性和稳定性较好，受外界环境因素的影响相对较小，能够提供更可靠的性能。　　四、成本与生产效率　　分立电路 ：　　元件成本相对较低，但如果需要大量使用元件来构建复杂的电路，成本也会相应增加。同时，由于需要人工或简单设备进行焊接和组装，生产效率较低，对于大规模生产来说，时间和人力成本较高。　　设计和调试过程相对繁琐，需要逐一考虑每个元件的选型、布局和连接方式，而且在调试过程中，对元件的更换和调整较为麻烦。　　集成电路 ：　　初始的研发和设计成本较高，因为需要进行复杂的电路设计和半导体制造工艺开发。然而，一旦设计完成并投入大规模生产，由于其高度的集成化和自动化生产流程，单位成本可以大幅降低。　　生产过程高度自动化，能够快速地生产大量的集成电路芯片，大大提高了生产效率。而且在设计和调试阶段，可以借助专业的电子设计自动化(EDA)工具进行模拟和优化，提高了设计效率和电路的可靠性。　　五、应用场景　　分立电路 ：常用于一些对电路规模要求较小、对性能要求不是特别苛刻，或者需要根据特定需求进行定制的场合。例如，在一些简单的电子小制作、维修领域，或者对某些特殊功能进行单独实现时，分立电路具有一定的优势。比如制作一个简单的音频放大器，或者对某个损坏的电子设备中的某个特定电路部分进行修复。　　集成电路 ：广泛应用于各种复杂的电子设备和系统中，如计算机、智能手机、通信设备、消费电子等。它们能够实现复杂的信号处理、数据存储、逻辑运算等功能，是现代电子技术发展的基石。以智能手机为例，其中的处理器芯片、存储芯片、通信芯片等都是高度集成的集成电路，使得手机能够具备强大的功能和小巧的体积。　　总之，分立电路和集成电路在电子技术中各具特点，它们在不同的应用场景下发挥着各自的优势，共同推动着电子技术的发展和应用。
2025-04-30 17:40 reading：564
晶振电路和时钟电路一样吗？
行业新闻

晶振电路和时钟电路一样吗？

　　时钟电路和晶振电路不一样，晶振电路是时钟电路，但是时钟电路不一定是用晶振电路。　　时钟电路就是产生象时钟一样准确的振荡电路。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。晶振电路是时钟电路，但是时钟电路不一定是用晶振电路。时钟电路就是产生像时钟一样准确运动的振荡电路。任何工作都按时间顺序。用于产生这个时间的电路就是时钟电路。　　时钟电路一般由晶体振荡器、晶震控制芯片和电容组成。时钟电路应用十分广泛，如电脑的时钟电路、电子表的时钟电路以及MP3MP4的时钟电路。晶振电路就是IT(通讯产品，数控产品，单片机，电脑)主件中，产生(使主控处理器正常工作的)振荡时钟的电路。这种电路的主控原件通常是一个晶体振荡器。　　一、晶振电路　　晶振电路是一种基于石英晶体振荡的电路，它可以产生高精度、稳定的频率信号。晶振电路通常由石英晶体、电容、放大器等组成，其中石英晶体是产生振荡信号的核心部件。晶体振荡器在直流电源的作用下，产生一定频率的正弦波信号，然后通过放大器等电路进行放大和整形，产生稳定的高精度频率信号。晶振电路常用于各种计时、计量、通信等领域，是电子电路中非常重要的组成部分。　　二、时钟电路　　时钟电路是一种基于逻辑门电路的电路，它可以产生时序信号，用于控制各种数字电路的工作。时钟电路通常由时钟发生器、分频器、计数器等组成，其中时钟发生器是产生时钟信号的核心部件。时钟发生器可以产生不同频率的时钟信号，然后通过分频器和计数器等电路，将时钟信号分频为不同的时间间隔，用于控制各种数字电路的工作。时钟电路常用于各种计时、计量、定时控制等领域，是数字电路中非常重要的组成部分。　　三、时钟电路和晶振电路的区别　　1、功能不同：晶振电路是产生高精度、稳定的频率信号的电路，而时钟电路是产生时序信号，用于控制数字电路的工作的电路。　　2、原理不同：晶振电路是基于石英晶体振荡原理工作的电路，时钟电路是基于逻辑门电路原理工作的电路。　　3、实现方式不同：晶振电路通常由石英晶体、电容、放大器等组成，时钟电路通常由时钟发生器、分频器、计数器等组成。　　4、应用领域不同：晶振电路常用于计时、计量、通信等领域，时钟电路常用于计时、计量、定时控制等领域。　　综上所述，时钟电路和晶振电路虽然都与时钟信号有关，但是它们的功能、原理、实现方式和应用领域有很大的不同。了解它们的区别，有助于我们更好地理解它们的作用和应用。　　时钟电路是什么　　时钟电路是一种用于产生稳定、可靠的时间基准信号的电路。它在电子系统中起着非常重要的作用，用于同步和定时系统的各种操作。时钟信号主要用于控制数据传输、指令执行、操作序列和各种时序事件。　　时钟电路通常由以下几个组成部分构成：　　1. 时钟发生器(Clock Generator)：时钟发生器负责产生基准时钟信号。它可以使用石英晶体振荡器、RC振荡电路或其他稳定振荡器作为输入源，并将其转换为可用于系统的时钟信号。　　2. 时钟分频器(Clock Divider)：时钟分频器用于将基准时钟信号进行分频，从而得到所需的系统时钟频率。分频器可以根据系统需求将时钟频率减小到更低的频率。　　3. 时钟缓冲器(Clock Buffer)：时钟缓冲器负责放大和驱动时钟信号。它可以提供所需的电平、幅度和电流能力，以确保时钟信号能够准确地传递到系统的各个部件。　　时钟电路的设计需要考虑稳定性、精确性、时延和功耗等因素。稳定性是指时钟信号的频率和相位的稳定程度。精确性是指时钟信号的准确度和一致性。时延是指时钟信号在电路中传递的延迟时间。功耗是指时钟电路本身消耗的功率。　　时钟电路广泛应用于计算机、通信设备、微控制器、数字电路和各种同步系统中，以确保各个部件按照正确的时序进行操作。一个稳定可靠的时钟信号对于电子系统的正常运行至关重要。　　时钟电路里的电容有什么用?　　在时钟电路中，电容器(电容)可以具有以下几种用途：　　1. 滤波：时钟电路中使用的晶振或其他振荡器通常会引入一些杂散噪声或干扰。通过在振荡器电路中添加适当的电容，可以形成一个滤波网络，用于滤除噪声，提供一个更稳定和纯净的时钟信号。　　2. 惯性保持：电容器具有惯性，可以在电路中存储电荷。在一些时钟电路中，电容器被用来保持时钟信号的状态，即在信号的传输过程中，电容器可以缓存一部分电荷，并在特定时刻释放，以保证稳定的信号传输。这有助于减小传输时钟信号过程中的电压波动和抖动。　　3. 耦合和解耦：时钟信号在电子系统中需要从时钟发生器传递给各个模块和组件，而这些模块和组件可能存在电压波动或电流需求的变化。在时钟信号传输线上，可以通过在线路两端使用电容器来进行耦合和解耦。耦合电容器可以将信号从发生器传递到接收器，而解耦电容器可以消除电源线上的电压噪声，保持时钟信号的稳定性。　　4. 频率调节：某些时钟电路中，电容器可以用于调节振荡频率。通过改变电容的值，可以改变振荡电路的频率，从而实现时钟信号的微调和校准。　　需要注意的是，时钟电路中电容的具体用途和数值取决于具体的设计和应用要求。因此，电容的选择和使用应该根据具体应用的参数和设计要求进行。　　时钟电路和晶振电路区别　　时钟电路和晶振电路是电子系统中常见的两种电路，它们在功能和应用上有一些区别：　　1. 功能：时钟电路主要用于产生稳定的时间基准信号，用于同步和定时电子系统中的各个部件。时钟信号可以用来控制数据传输、指令执行和操作序列等。晶振电路则是一种用于产生稳定频率的电路，一般采用石英晶体作为振荡器。　　2. 组成：时钟电路一般由时钟发生器、时钟分频器和时钟缓冲器等组成。时钟发生器产生基准信号，分频器用于将基准信号分频成所需的时钟频率，而时钟缓冲器用于放大和驱动时钟信号。晶振电路则由晶振器和放大器组成，其中晶振器产生稳定的振荡信号，放大器用于放大振荡信号。　　3. 稳定性：时钟电路对于稳定性的要求更高，因为时钟信号需要精确而稳定地产生。晶振电路也需要具有较高的稳定性，但相对于时钟电路来说要求稍低一些。　　4. 应用：时钟电路广泛应用于计算机、通信设备、微控制器和各种数字电路中，用于同步和控制系统的操作。晶振电路则主要用于时钟电路的输入源，为电子系统提供稳定的时钟信号。　　总的来说，时钟电路和晶振电路在功能上有一定的重叠，但在电路组成、稳定性要求和应用领域等方面存在一定的区别。时钟电路是更为综合和复杂的电路，而晶振电路则是产生稳定频率的基本振荡电路。
2025-04-25 10:56 reading：723
一文了解15个电路板维修秘籍
行业新闻

一文了解15个电路板维修秘籍

　       01先看表面　　拿到电路板，先看看有没有鼓包、炸裂、烧焦的地方。如果有，直接换掉坏掉的元件。　　02测短路　　用万用表的蜂鸣档测接线。如果发现短路，顺着铜箔线路查附近的元器件，找到问题。　　03测310V电压　　通电后测电路板整流后有没有310V电压。如果没有，查初级电路(比如整流桥、保险丝);如果有，说明前级正常，问题在后级。　　04查电源管理芯片　　检查电源管理芯片的供电和输出电压是否正常。这芯片是电源的核心，坏了整个电源都不工作。　　05查220V输入　　看看电源线到电路板有没有220V电进来。这个问题很简单，但有时候就是电源线没接好或者坏了。　　06查变压器　　通电后检查变压器的供电和输出是否正常。变压器是电源的重要部分，坏了电源就没法工作。　　07注意“发财电容”　　开关电源里最容易坏的就是电解电容，尤其是滤波电容。发现鼓包或漏液，赶紧换掉。　　08查保险丝　　如果电路板完全没电，先看看保险丝是不是烧了。烧了通常说明电路有短路。　　09查电解电容　　电解电容用久了容易老化，尤其是顶部鼓包或漏液的，直接换掉。　　10查焊点　　有时候焊点虚焊或冷焊，电路就不通。用放大镜检查，有问题就重新焊一下。　　11用热成像仪　　有条件的话，用热成像仪看看电路板上哪里发热严重，过热的元件可能就是故障点。　　12查稳压器　　如果电路板上有稳压模块，测一下输入输出电压是否正常。坏了就换掉。　　13查继电器和开关　　如果有继电器或开关，检查它们是否正常工作。触点氧化或接触不良都会导致问题。　　14查光耦　　开关电源里的光耦负责隔离和反馈控制，坏了电源就不工作。　　15记录维修过程　　修的时候记下每一步的检查结果，以后遇到类似问题可以参考。
2025-04-08 13:23 reading：685
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