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差分信号静电保护电路概述及解释说明1. 引言1.1 概述差分信号静电保护电路是一种用于防止静电干扰对差分信号产生影响的技术手段。
在现代通信、数据传输和电子设备中，由于环境中存在的静电场和静电放电现象，差分信号会受到干扰和损耗。
因此，设计和应用差分信号静电保护电路成为了确保高质量、稳定性和可靠性的重要任务。
1.2 文章结构本文将围绕差分信号静电保护电路展开详细讨论。
首先，引言部分将提供对文章整体内容的概述，并介绍文章结构。
其次，正文部分将从理论与设计原理出发，深入探讨差分信号保护的重要性以及静电对差分信号的影响。
随后，在实现与应用部分，我们将探讨常见的防雷击措施及设备接地方法，介绍一些常见的差分信号静电保护电路方案，并分享实际应用案例和成功经验。
最后，在结论与展望部分，我们将总结主要观点和发现结果，并给出未来研究和实践的建议和展望。
1.3 目的本文的目的是全面介绍差分信号静电保护电路的基本原理与设计，提供相关领域工程师和研究人员一个系统、清晰、深入的了解差分信号静电保护技术。
希望读者通过本文能够掌握差分信号保护的重要性，了解静电对差分信号的影响，并获得实际应用方案和经验分享，从而在实际工程中更好地保障差分信号传输质量与稳定性。
2. 正文在差分信号静电保护电路中，正文部分将介绍有关差分信号保护的相关知识、静电对差分信号的影响以及差分信号静电保护电路的基本原理和组成。
首先，差分信号保护是为了防止外部干扰对差分信号产生的影响而设计的一种保护措施。
差分信号一般由一对相同幅度但相反极性的信号组成，它们通过两个不同的导线进行传输。
这种传输方式可以有效地减小干扰噪声对信号质量的影响，提高了系统的抗干扰能力和可靠性。
然而，静电是一种常见的外部干扰源，在工业环境下尤为严重。
静电会产生高压放电现象，并释放出大量的能量，可能对差分信号造成损害。
同时，静电也可能引起设备之间或设备与接地之间的放电现象，导致系统故障甚至损坏。
三种ESD模型及其防护设计ESD：Electrostatic Discharge，即是静电放电，每个从事硬件设计和生产的工程师都必须掌握ESD的相关知识。
为了定量表征ESD特性，一般将ESD转化成模型表达方式，ESD的模型有很多种，下面介绍最常用的三种：1．HBM：Human Body Model，人体模型：该模型表征人体带电接触器件放电，Rb为等效人体电阻，Cb为等效人体电容。
等效电路如下图。
图中同时给出了器件HBM模型的ESD等级。
ESD人体模型等效电路图及其ESD等级2．MM：Machine Model，机器模型：机器模型的等效电路与人体模型相似，但等效电容（Cb）是200pF，等效电阻为0，机器模型与人体模型的差异较大，实际上机器的储电电容变化较大，但为了描述的统一，取200pF。
由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。
ESD机器模型等效电路图及其ESD等级3．CDM：Charged Device Model，充电器件模型：半导体器件主要采用三种封装型式（金属、陶瓷、塑料）。
它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料（如包装用的塑料袋、传递用的塑料容器等）相互磨擦，就会使管壳带电。
器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。
CDM模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的，器件带电模型如下：ESD充电器件模型等效电路图及其ESD等级器件的ESD等级一般按以上三种模型测试，大部分ESD敏感器件手册上都有器件的ESD数据，一般给出的是HBM和MM。
通过器件的ESD数据可以了解器件的ESD特性，但要注意，器件的每个管脚的ESD特性差异较大，某些管脚的ESD电压会特别低，一般来说，高速端口，高阻输入端口，模拟端口ESD 电压会比较低。
ESD防护是一项系统工程，需要各个环节实施全面的控制。
静电放电电路-回复静电放电电路是一种常见的电路设计，用于控制和释放静电能量，以防止设备或者电子元件受到静电损害。
在本文中，我们将一步一步地介绍静电放电电路的原理、组成部分、工作原理以及实际应用。
一、静电放电电路的原理静电放电电路的原理是基于静电的产生和释放。
静电是指电荷在物体表面积聚而产生的一种现象。
当物体表面电荷积聚到一定程度时，静电就会产生，当电荷得不到及时释放，则会造成静电放电。
静电放电可以引发火花、电击以及设备损坏等危险，因此需要通过静电放电电路来控制和释放静电能量，以保护设备和人员的安全。
二、静电放电电路的组成部分静电放电电路通常由以下几个主要组成部分组成：1. 静电感应电极：用于感应和收集周围的静电能量，并将其导入电路中。
静电感应电极通常由导电材料制成，如金属或者导电塑料。
2. 静电电容器：用于储存和释放静电能量。
静电电容器的选择取决于电路的需要，通常以电容量和额定电压为基准。
3. 静电放电电阻：用于限制静电能量的释放速度，避免过大的放电电流对设备造成损坏。
静电放电电阻的阻值通常根据电路的需求和静电放电速度确定。
4. 静电放电开关：用于控制静电放电电路的开关状态。
静电放电开关通常是电子开关，能够快速响应并关闭电路，以防止静电释放。
三、静电放电电路的工作原理静电放电电路的工作原理可以简述如下：1. 当静电感应电极感应到周围的静电能量时，会产生电压和电荷。
2. 静电感应电极将感应到的静电能量导入静电电容器。
3. 当静电电容器电荷达到一定程度时，静电放电开关会检测到电容器的电荷状态。
4. 当静电放电开关检测到静电电容器电荷达到指定阈值时，开关会打开，启动静电放电电路。
5. 静电电容器通过静电放电电路释放静电能量，将其导入静电放电电阻。
6. 静电放电电阻限制静电能量的释放速度，防止过大的放电电流引发危险。
7. 静电放电电路工作完成后，静电放电开关会关闭，电路恢复到初始状态。
四、静电放电电路的实际应用静电放电电路在许多领域中有着广泛的应用，下面列举几个典型的应用场景：1. 电子设备保护：在电子设备制造和使用过程中，静电放电是一个常见的问题。
CMOS电路中ESD保护结构的设计作者 王大睿上海交通大学 微电子工程系摘 要：本文研究了在CMOS 工艺中I/O 电路的 ESD保护结构设计以及相关版图的要求，其中重点讨论了PAD到VSS电流通路的建立。
关键词：ESD保护电路，ESD设计窗口，ESD 电流通路Construction Strategy of ESD Protection Circuit Abstract：The principles used to construct ESD protection on circuits and the basic concept ions of ESD protection design are presented.Key words：ESD protection/On circuit, ESD design window, ESD current path1引言静电放电（ESD，Electrostatic Discharge）给电子器件环境会带来破坏性的后果。
它是造成集成电路失效的主要原因之一。
随着集成电路工艺不断发展，互补金属氧化物半导体（CMOS，Complementary Metal-Oxide Semiconductor）的特征尺寸不断缩小，金属氧化物半导体(MOS, Metal-Oxide Semiconductor)的栅氧厚度越来越薄，MOS管能承受的电流和电压也越来越小，因此要进一步优化电路的抗ESD性能，需要从全芯片ESD保护结构的设计来进行考虑。
2ESD的测试方法ESD模型常见的有三种，人体模型（HBM ，Human Body Model)、充电器件模型(CDM，Charge Device Model)和机器模型(MM，Machine Mode)，其中以人体模型最为通行。
一般的商用芯片，要求能够通过2kV静电电压的HBM检测。
对于HBM放电，其电流可在几百纳秒内达到几安培，足以损坏芯片内部的电路。
静电防护电路设计
产品的静电防护是多方面的，必须从产品的立项开始全面考虑结构设计、PCB设计、零件的
选择、组装及使用环境等。其中，PCB的设计对产品ESD的防护可以说是至关重要的。
PCB设计
在PCB板的设计当中，可以通过分层、恰当的布局布线和安装，实现PCB的抗ESD设计。
在设计过程中，通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。通过调整PCB布局
布线，能够很好地防范ESD。以下是一些常见的防范措施。
1．电路板布局布线
电路板布局布线方面抗ESD设计，需要遵循以下原则：
1)尽可能使用多层PCB，相对于双面PCB而言，地平面和电源平面，以及排列紧密的信号线，
地线间距能够减小共模阻抗和感性耦合，使之达到双面PCB的171()全I/100 0尽量地将每一
个信号层都紧靠一个电源层或地线层。对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线及
许多填充地的高密度PCB，可以考虑使用内层线。
2)对于双面PCB来说，要采用紧密交织的电源和地栅格。电源线紧靠地线，在垂直和水平线
或填充区之间，要尽可能多地连接。一面的栅格尺寸小于等于60 mm，如果可能，栅格尺
寸应小于13 mm.
3)确保每一个电路尽可能紧凑。尽可能将所有连接器都放在一边。
4)在引向机箱外的连接器（容易直接被ESD击中）下方的所有PCB层上，要放置宽的机箱地
或者多边形填充地，并每隔大约13 mm的距离用过孔将它们连按在一起。
5)在卡的边缘上放置安装孔，安装孑L周围用无阻焊剂的顶层和底层焊盘连接到机箱地上。
6)PCB装配时，不要在顶层或者底层的焊盘上涂覆任何焊料。使用具有内嵌垫圈的螺钉来实
现PCB与金属机箱／屏蔽层或接地面上支架的紧密接触。在每一层的机箱地和电路地之间，
要设置相同的“隔离区”；如果可能，保持间隔距离为0. 64 mm。
7)在卡的顶层和底层靠近安装孔的位置，每隔100 mm沿机箱地线将机箱地和电路地用1. 27
mm宽的线连接在一起。与这些连接点的相邻处，在机箱地和电路地之间放置用于安装的焊
盘或安装孔。这些地线连接可以用刀片划开，以保持开路，或用磁珠／高频电容的跳接。如
果电路板不会放入金属机箱或者屏蔽装置中，在电路板的顶层和底层机箱地线上不能涂阻焊
剂，这样它们可以作为ESD电弧的放电极。
8)要以下列方式在电路周围设置一个环形地。
·除边缘连接器及机箱地以外，在整个外围四周放上环形地。
·确保所有层的环形地宽度大于2.5 mmo
·每隔13 mm用过孔将环形地连接起来。
·将环形地与多层电路的公共地连接到一起。
·对安装在金属机箱或者屏蔽装置里的双面板来说，应该将环形地与电路公共地连接起来。
不屏蔽的双面电路则虚该将环形地连接到机箱地，环形地上不能涂阻焊剂，以便该环形地可
以充当ESD的放电棒，在环形地（所有层）上的某个位置处至少放置一个0.5 mm宽的间隙，
这样可以避免形成一个大的环路。信号布线离环形地的距离不能小于0.5 mm。
9)在能被ESD直接击中的区域，每一个信号线附近都要布一条地线o I70电路要尽可能靠近
对应的连接器。对易受ESD影响的电路，应该放在靠近电路中心的区域，这样其他电路可
以为它们提供一定的屏蔽作用.
10)通常在接收端放置串联的电阻和磁珠，而对那些易被ESD击中的电缆驱动器，也可以考
虑在驱动端放置串联的电阻或磁珠。通常在接收端放置瞬态保护器。用短而粗的线（长度小
于5倍宽度，最好小于3倍宽度）连接到机箱地。从连接器出来的信号线和地线要直接接到
瞬态保护器，然后才能接电路的其他部分。
11)在连接器处或者离接收电路25 mm的范围内，要放置滤波电容。
·用短而粗的线连接到机箱地或者接收电路地（长度小于5倍宽度，最好小于3倍宽度）o
·信号线和地线先连接到电容再连接到接收电路。
12)要确保信号线尽可能短。信号线的长度大于300 mm时，一定要平行布一条地线。确保
信号线和相应回路之间的环路面积尽可能小。对于长信号线每隔几厘米便要调整信号线和地
线的位置来减小环路面积。
13)从网络的中心位置驱动信号进入多个接收电路。确保电源和地之间的环路面积尽可能小，
在靠近集成电路芯片每一个电源管脚的地方放置一个高频电容6在距离每一个连接器80
mm范围以内放置一个高频旁路电容。
14)在可能的情况下，要用地填充未使用的区域，每隔60 mm距离将所有层的填充地连接起
来。确保在任意大的地填充区<大约大于25 mm x6 mm）的两个相反端点位置处与地连接。
电源或地平面上开口长度超过8 mm时，要用窄的线将开口的两侧连接起来。复位线、中断
信号线或者边沿触发信号线不能布置在靠近PCB边沿的地方。
15)将安装孔同电路共地连接在一起，或者将它们隔离开来。
·金属支架必须和金属屏蔽装置或者机箱一起使用时，要采用一个零欧姆电阻实现连接。
·确定安装孔大小来实现金属或者塑料支架的可靠安装，在安装孔顶层和底层上要采用大焊
盘，底层焊盘上不能采用阻焊剂，并确保底层焊盘不采用波峰焊工艺进行焊接。
16)不能将受保护的信号线和不受保护的信号线并行排列。要特别注意复位、中断和控制信
号线的布线。
·要采用高频滤波。
·远离输入和输出电路。
·远离电路板边缘。
17)如果一个机箱或者主板内装几个电路板，应该将对静电最敏感的电路板放在最中间。
