PCB設計のためのESD抑制基準
PCBレイアウトはESD保護の重要な要素であり、妥当なPCB設計はトラブルシューティングや手直しの不要なコストを削減することができます。 ＰＣＢ設計では、ＥＳＤ放電による直接電荷注入を抑制するために過渡電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードを使用するため、放電電流によって発生する電磁干渉（ＥＭＩ）電磁界効果を克服することがＰＣＢ設計においてより重要である。 この記事では、ESD保護を最適化することができるPCB設計ガイドラインを提供します。
回路ループ
電流は誘導によって回路ループに誘導され、これらのループは閉じられて変化する磁束を有する。 電流の大きさはリングの面積に比例します。 ループが大きいほど磁束が多くなり、回路内により強い電流が流れます。 そのため、ループ面積を小さくする必要があります。
最も一般的なループを図1に示します。これは電源とグランドで形成されています。 可能であれば、電源プレーンとグランドプレーンを備えた多層PCB設計を使用することができます。 多層基板は、電源とグランド間のループ面積を最小限に抑えるだけでなく、ESDパルスによって生成される高周波EMI電磁界も減少させます。
多層基板を使用できない場合は、図2に示すように、電力線とグランドのワイヤをグリッドで接続する必要があります。グリッド接続は、電源とグランドプレーンとして機能することができます。 ビアを使用して各層の配線を接続します。 ビア接続間隔は各方向に6 cm以内にする必要があります。 さらに、配線するときには、図3に示すように、電源とグランドの配線をできるだけ近づけて配置することで、ループ面積を減らすこともできます。
ループ面積を減らして電流を誘導するもう1つの方法は、相互接続されたデバイス間の並列経路を減らすことです（図4を参照）。
図１に示すように、３０ｃｍより長い信号ケーブルを使用しなければならない場合には保護ワイヤを使用することができる。 より良い方法は、地層を信号線の近くに配置することです。 信号線を使用する場合は、保護線または接地線から13 mm以内にしてください。
図6に示すように、各高感度部品の長い信号線（> 30 cm）または電源線は、そのグランド線を横切って配置されています。 交差線は上から下または左から右に一定の間隔で配置する必要があります。
回路接続長
長い信号線は、ESDパルスエネルギーを受信するアンテナにすることもできます。 できるだけ短い信号線を使用すると、ESD電磁界アンテナとしての信号線の効率が低下する可能性があります。
相互接続されたトレースを短くするために、相互接続されたデバイスを隣接する場所に配置してください。
グランドチャージインジェクション
ESDをグランドプレーンに直接放電すると、敏感な回路が損傷する可能性があります。 TVSダイオードを使用している間は、1つ以上の高周波バイパスコンデンサも使用されます。これらのダイオードは、消耗部品の電源とグランドの間に配置されます。 バイパスコンデンサは電荷注入を減らし、電源とグランドポート間の電圧差を維持します。
TVSは誘導電流をシャントし、TVSクランプ電圧の電位差を維持します。 TVSとコンデンサは保護されているICのできるだけ近くに配置する必要があります（図7参照）。 TVSからグランドへの経路とコンデンサピンの長さが寄生インダクタンスの影響を減らすために最短になるようにしてください。
コネクタはPCBの銅 - 白金層に取り付ける必要があります。 理想的には、銅プラチナ層はPCBのグランドプレーンから絶縁し、短いラインでパッドに接続する必要があります。
PCB設計のための他のガイドライン
1.クロックやリセット信号などの重要な信号線をPCBエッジに配置しないでください。
2. PCBの未使用部分をグランドプレーンに設定します
3.シャーシのアース線と信号線は少なくとも4 mm離れています。
4.インダクタンス効果を減らすために、シャーシのアース線のアスペクト比を5：1未満に保ちます。
5. TVSダイオードを使用してすべての外部接続を保護します。
回路内の寄生インダクタンスの保護
TVSダイオード経路の寄生インダクタンスは、ESD発生時に深刻な電圧オーバーシュートを引き起こす可能性があります。 TVSダイオードを使用しているにもかかわらず、誘導性負荷両端の誘導電圧VL = L×di / dtのため、過度のオーバーシュート電圧が保護対象ICの損傷電圧スレッショルドを超える可能性があります。
保護回路が受ける総電圧は、TVSダイオードのクランプ電圧によって発生する電圧と寄生インダクタンスの和、VT = VC + VLです。 1インチあたり20 nHのリードインダクタンス、1/4インチの線路長、および50 V / 10Aパルスのオーバーシュート電圧を想定すると、ESD過渡電流は1 ns未満でピークに達します（IEC 61000-4-2に準拠）。 。 経験的なデザインルールは、シャントパスをできるだけ短く設計することによって寄生インダクタンスの影響を最小限に抑えることです。
すべての誘導経路は、グランドループ、TVSと保護された信号ラインの間の経路、およびコネクタからTVSデバイスまでの経路を考慮する必要があります。 保護された信号ラインはグランドプレーンに直接接続する必要があります。 グランドプレーンがない場合は、グランドループをできるだけ短くします。 TVSダイオードのグランドと保護対象回路のグランドポイントの間の距離は、グランドプレーンの寄生インダクタンスを減らすためにできるだけ短くする必要があります。
最後に、TVSデバイスは、近くのラインへの過渡的な結合を減らすために、できるだけコネクタに近づけてください。 コネクタへの直接の経路はありませんが、この二次放射効果により、ボードの他の部分で誤動作を引き起こす可能性もあります。
PCBレイアウトはESD保護の重要な要素であり、妥当なPCB設計はトラブルシューティングや手直しの不要なコストを削減することができます。 ＰＣＢ設計では、ＥＳＤ放電による直接電荷注入を抑制するために過渡電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードを使用するため、放電電流によって発生する電磁干渉（ＥＭＩ）電磁界効果を克服することがＰＣＢ設計においてより重要である。 この記事では、ESD保護を最適化することができるPCB設計ガイドラインを提供します。