PCB防雷设计
工业电子厂房综合防雷设计方案范本
工业电子厂房综合防雷设计方案背景在大多数工业电子厂房中，由于设备的集中使用和工作环境的特殊性，厂房内部的电流和电压会呈现出不规律的变化，同时受外部自然力的影响，如雷电，风暴等天气变化，工业电子厂房的综合防雷设计成为了必不可少的安全保障工程。
本文通过对工业电子厂房综合防雷设计方案的分析和探讨，从技术层面、设备布置和保护措施等多个方面出发，以期提高工业电子厂房的抗雷击能力和安全性。
策略前期防雷设计在工程建设的前期设计中，应注重厂房内工作设备的防雷设计。
首先，需要根据各种设备的地形地貌和工作环境特点进行分析，针对性的设计有效的防雷方案。
其次，应根据当地的天气情况和历史雷击状况进行综合分析，确定防雷等级，以便于在正式施工前，制定完整的防雷施工方案。
主要设备的安装方式在工业电子厂房内，设备的安装方式也直接关系到防雷措施的实施效果。
具体细节如下：惯性负载和阻性负载惯性负载和阻性负载的安装应遵循统一原则，即将惯性负载和阻性负载分别安置在同一区域，并将整个区域与实地专线和公共接地网相连。
其目的是使三个不相关的系统协同工作，同时整体提高电压互感器的测量和保护效果。
静电保护静电保护的设计应为单贏式结构，并将整个电源、接地和负载端口分离。
它应该以两个层次办事，并应用同种级别的保护元素，以便有效地消除静电放电和物理缺陷。
监控和保护设备监控和保护设备是工业电子厂房中最重要的设备之一。
在安装时，必须确保设备和保护元件之间的距离足够接近，在不影响设备正常工作的前提下提高效率。
除此之外，可以增加保护装置的层数和保护元件的容量，从而提高抗雷击能力。
同时，还可以加强与接地网的链接方式。
防雷保护措施工业电子厂房防雷保护措施需要区分为主要保护和辅助保护两种方式。
主要保护主要保护的目的是防止霹雳电流的侵害，包括内部设备和物料的保护，以及内部设备防雷接地系统的保护。
主要保护通常采用“外壳接地 + 等电位联结 + 感应复位”三重保护措施，以达到充分防护的效果。
以太网EMC接口电路设计与PCB设计说明
以太网EMC接口电路设计及PCB设计我们现今使用的网络接口均为以太网接口，目前大部分处理器都支持以太网口。
目前以太网按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三种接口，10M应用已经很少，基本为10/100M所代替。
目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口，且基本应用于工控领域，因工控领域的特殊性，所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。
从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC（Media Access Controlleroler）控制和物理层接口（Physical Layer，PHY）两大部分构成。
大部分处理器内部包含了以太网MAC控制，但并不提供物理层接口，故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。
面对如此复杂的接口电路，相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。
下图1以太网的典型应用。
我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线，下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。
图1 以太网典型应用1.图2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图，下面就以图2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。
图2 变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参考a)RJ45和变压器之间的距离尽可能的短，晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围，PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短，但有时为了顾全整体布局，这一点可能比较难满足，但他们之间的距离最大约10~12cm，器件布局的原则是通常按照信号流向放置，切不可绕来绕去；b)PHY层芯片的电源滤波按照要芯片要求设计，通常每个电源端都需放置一个退耦电容，他们可以为信号提供一个低阻抗通路，减小电源和地平面间的谐振，为了让电容起到去耦和旁路的作用，故要保证退耦和旁路电容由电容、走线、过孔、焊盘组成的环路面积尽量小，保证引线电感尽量小；c)网口变压器PHY层芯片侧中心抽头对地的滤波电容要尽量靠近变压器管脚，保证引线最短，分布电感最小；d)网口变压器接口侧的共模电阻和高压电容靠近中心抽头放置，走线短而粗（≥15mil）；e)变压器的两边需要割地：即RJ45连接座和变压器的次级线圈用单独的隔离地，隔离区域100mil以上，且在这个隔离区域下没有电源和地层存在。
防雷电路设计规范技术经验
i
a
h
b
i R
Uab=L（di/dt） 取h=10m，I=100KA （10/350µs） 假设有4根引下线分流，即 I=25KA
则：L=16.7µH， di/dt=2.5KA/µs
Uab ≈42KV
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受水平外，还应配有交流防雷装置。
▪ 2 直流电源口过电压耐受水平
等级I：差模：施加1kV电压正负各5次无损坏；共模：施加2kV电压正负各5次无损坏。 等级II：差模：施加0.5kV电压正负各5次无损坏；共模：施加1kV电压正负各5次无损坏。 测试波形： 1.2/50ms[8/20ms]混合波， 测试方法：按照IEC 1000-4-5的要求进行。 等级II是通信设备的直流电源口过电压耐受水平的基本要求，所有通信设备的直流电源口都应 该达到这一水平。 终端类通信设备，不一定在各种情况下都要求配直流电源防雷器。若终端设备不配直流电源防 雷器，其直流电源口过电压耐受水平的要求应达到等级I。
共模的测试。
▪ 等级III是通信设备信号口过电压耐受水平的基本要求，室内走线的通信设备信号口（指设备对外
的信号口，不包括并柜机架间的互连线，以及板间、框间互连线）都应该达到这一水平。
▪ 走线距离可以超过10m，一般不超过的30m的信号线，在没有外加防雷器保护的情况下，信号端
口的过电压耐受水平建议达到等级I的要求。
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2
术语和定义（2）
▪ 4 1.2/50us(8/20us)混合波：是浪涌发生器输出的一
PCB板设计中的接地方法与技巧
PCB板设计中的接地方法与技巧在电子设备设计中，印制电路板（PCB）的地位至关重要。
PCB板的设计需要考虑诸多因素，其中之一就是接地问题。
良好的接地方式可以有效地提高设备的稳定性、安全性以及可靠性。
本文将详细介绍PCB板设计中的接地方法与技巧。
让我们了解一下PCB板设计的基本概念。
PCB板设计是指将电子元件按照一定的规则和要求放置在板子上，并通过导线将它们连接起来的过程。
接地是其中的一个重要环节，它是指将电路的地线连接到PCB 板上的公共参考点，以实现电路的稳定工作和安全防护。
在PCB板设计中，接地的主要作用是提高电路的稳定性，同时还可以防止电磁干扰和雷电等外界因素对电路的影响。
通过将电路的地线连接到PCB板的公共参考点，可以减少电路之间的噪声和干扰，提高设备的性能和可靠性。
接地方式的选择取决于PCB板的设计和实际需求。
以下是一些常见的接地方式及其具体方法：直接接地：将电路的地线直接连接到PCB板上的参考点或金属外壳。
这种接地方式适用于对稳定性要求较高的电路，但需要注意避免地线过长导致阻抗过大。
间接接地：通过电容、电感等元件实现电路与地线的连接。
这种接地方式可以有效抑制电磁干扰，提高设备的抗干扰能力。
混合接地：结合直接接地和间接接地的方式，根据实际需求在不同位置选择不同的接地方式。
这种接地方式可以满足多种电路的接地需求，提高设备的灵活性和可靠性。
多层板接地：在多层PCB板中，将其中一层作为地线层，将电路的地线连接到该层上。
这种接地方式适用于高密度、高复杂度的PCB板设计，可以提供良好的电磁屏蔽效果。
挠性印制电路板接地：对于挠性印制电路板，可以使用金属箔或导电胶带实现电路与地线的连接。
这种接地方式适用于需要弯曲或伸缩的电路，可以提供良好的可塑性和稳定性。
确保接地连续且稳定：接地线的连接必须牢靠、稳固，确保在设备运行过程中不会出现松动或脱落现象。
同时，要确保地线阻抗最小，以提高电路的稳定性。
避免地线过长导致阻抗过大：地线的长度应尽可能短，以减少阻抗。
RJ45以太网口防雷设计总结
线过孔 < 表层走线 < 内层走线，因此当共模防护指标一定时，高压部分与低压部分的绝 缘距离应该为接地螺钉 > 电容、电阻焊盘 > 走线过孔 > 表层走线 > 内层走线。这是因
为螺钉整个为金属体，暴露面积比较大，容易成为放电通路。电容和电阻焊接两端表面为金
属，同时由于形状为长方体，有棱角，很容易形成尖端放电。过孔在网口部分有很多，表面
其次，网口防雷电路在器件选型和 PCB 设计过程中要注意以下几点： a，为了保证共模隔离耐压的承受能力，变压器需要满足初级和次级之间的交流绝缘耐 压不小于 AC1500V 的指标。 b，优先选择不带灯的 RJ45，要引灯的话，建议采用导光柱技术在芯片侧将指示灯的光 线引到面板上，避免指示灯控制信号穿越高压信号线和 Bob-Smith 电路所在的区域。 指示灯控制电路的限流电阻应放在控制芯片侧，位置靠近控制芯片，防止过电压直接对控制 芯片造成冲击。 c，以太网信号线按照差分线走线规则，保证阻抗匹配，并且一对差分线的长度尽量一 样长。 d，如果变压器前级（靠 RJ45 接头侧）有中间抽头并且采用 Bob-Smith 电路，即 75Ω 电阻加一个 1000pF 的接 PGND 的电容。建议电容选取耐压大于 DC2000V，电阻功率建议 选择 1/10W 的单个电阻，不宜采用排阻。 e，由于通过变压器的隔离特性完成共模防护，所以高压信号线（差分线和 Bob-Smith 电路走线）和其它信号线（指示灯控制线）、电源线、地线之间应该保证足够的绝缘，不存 在意外的放电途径。 最后，要达到高压区与低压区之间有效的隔离，就要重视二者之间的 PCB 走线设计。 在高压区，带高压的可能有：连接器管脚、布线、过孔、电阻焊盘、电容焊盘。带低压的可 能有：布线、过孔、电阻焊盘、螺钉。根据测试结果和分析，我们总结得到在网口 PCB 部 分高低压各种形式两两之间的绝缘耐压数据，具体如下表（表中给出的是高压与低压部分距 离为 10mil 时候的耐压情况）：
网口防雷电路设计
网口防雷电路设计防护思路首先，网口的防雷可以采用两种思路：一种思路是要给雷电电流以泄放通路，把高压在变压器之前泄放掉，尽可能减少对变压器影响，同时注意减少共模过电压转为差模过电压的可能性。
另一种思路是利用变压器的绝缘耐压，通过良好的器件选型与PCB设计将高压隔离在变压器的初级，从而实现对接口的隔离保护。
室外走线网口防雷电路和室内走线网口防雷电路就分别采用的是这两种思路。
1.室外走线网口防雷电路当有可能室外走线时，端口的防护等级要求较高，防护电路可以按图设计。
图中室外走线网口防护电路的基本原理图，从图中可以看出该电路的结构与室外走线E1口防雷电路类似。
共模防护通过气体放电管实现，差模防护通过气体放电管和TVS管组成的二级防护电路实现。
图中G1和G2是三极气体放电管，型号是leiditech 3R090-5S，它可以同时起到两信号线间的差模保护和两线对地的共模保护效果。
中间的退耦选用2.2Ω/2W电阻，使前后级防护电路能够相互配合，电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取，防雷性能会更好，但电阻值不能小于2.2Ω。
后级防护用的TVS管，因为网口传输速率高，在网口防雷电路中应用的组合式TVS管需要具有更低的结电容，这里推荐的器件型号为上海雷卯电子SLVU2.8-4。
图中下方的原理图就是采用上述器件网口部分的详细原理图。
三极气体放电管的中间一极接保护地PGND，要保证设备的工作地GND和保护地PGND通过PCB走线在母板或通过电缆在结构体上汇合（不能通过0Ω电阻或电容），这样才能减小GND和PGND的电位差，使防雷电路发挥保护作用。
电路设计需要注意RJ45接头到三极气体放电管的PCB走线加粗到40mil，走线布在TOP层或BOTTOM层。
若单层不能布这么粗的线，可采取两层或三层走线的方式来满足走线的宽度。
退耦电阻到变压器的PCB走线建议采用15mil线宽。
该防雷电路的插入损耗小于0.3dB，对100M以太网口的传输信号质量影响比较小。
网口防雷电路设计
网口防雷电路设计防护思路首先，网口的防雷可以采用两种思路：一种思路是要给雷电电流以泄放通路，把高压在变压器之前泄放掉，尽可能减少对变压器影响，同时注意减少共模过电压转为差模过电压的可能性。
另一种思路是利用变压器的绝缘耐压，通过良好的器件选型与PCB设计将高压隔离在变压器的初级，从而实现对接口的隔离保护。
室外走线网口防雷电路和室内走线网口防雷电路就分别采用的是这两种思路。
1.室外走线网口防雷电路当有可能室外走线时，端口的防护等级要求较高，防护电路可以按图设计。
图中室外走线网口防护电路的基本原理图，从图中可以看出该电路的结构与室外走线E1口防雷电路类似。
共模防护通过气体放电管实现，差模防护通过气体放电管和TVS管组成的二级防护电路实现。
图中G1和G2是三极气体放电管，型号是leiditech 3R090-5S，它可以同时起到两信号线间的差模保护和两线对地的共模保护效果。
中间的退耦选用2.2Ω/2W电阻，使前后级防护电路能够相互配合，电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取，防雷性能会更好，但电阻值不能小于2.2Ω。
后级防护用的TVS管，因为网口传输速率高，在网口防雷电路中应用的组合式TVS管需要具有更低的结电容，这里推荐的器件型号为上海雷卯电子SLVU2.8-4。
图中下方的原理图就是采用上述器件网口部分的详细原理图。
三极气体放电管的中间一极接保护地PGND，要保证设备的工作地GND和保护地PGND通过PCB走线在母板或通过电缆在结构体上汇合（不能通过0Ω电阻或电容），这样才能减小GND和PGND的电位差，使防雷电路发挥保护作用。
电路设计需要注意RJ45接头到三极气体放电管的PCB走线加粗到40mil，走线布在TOP层或BOTTOM层。
若单层不能布这么粗的线，可采取两层或三层走线的方式来满足走线的宽度。
退耦电阻到变压器的PCB走线建议采用15mil线宽。
该防雷电路的插入损耗小于0.3dB，对100M以太网口的传输信号质量影响比较小。
防雷设计方案
防雷设计方案引言随着电子技术的飞速发展，雷电对建筑物和电子设备造成的威胁日益增加。
一个完善的防雷设计方案对于保护人员安全、减少财产损失具有重要意义。
本文档旨在提供一个综合性的防雷设计方案，以供参考和实施。
一、防雷设计原则1.1 安全优先防雷设计应以人员安全为首要目标，确保在雷电发生时，能够有效保护建筑物内外的人员安全。
1.2 全面防护防雷设计应涵盖直接雷击、间接雷击以及雷电电磁脉冲等多方面的防护，实现全面防护。
1.3 经济合理在满足安全防护要求的前提下，防雷设计应考虑经济性，避免不必要的过度投资。
二、防雷系统组成2.1 外部防雷系统外部防雷系统主要由接闪器（避雷针、避雷带）、引下线和接地装置组成，用于引导雷电流入地。
2.2 内部防雷系统内部防雷系统主要包括等电位连接、电涌保护器（SPD）、屏蔽措施等，用于保护建筑物内部的电子设备。
2.3 接地系统良好的接地系统是防雷设计的关键，应确保所有防雷设施有效接地。
三、防雷设计要点3.1 接闪器设计接闪器应根据建筑物的几何形状、高度等因素合理布置，以最大范围覆盖保护区域。
3.2 引下线设计引下线应选择耐腐蚀、导电性能好的材料，且应尽可能短而直，减少雷电流过时的电压降。
3.3 接地装置设计接地装置应根据地质条件设计，确保足够的接地电阻，一般要求不大于10欧姆。
3.4 等电位连接建筑物内的所有金属构件、电缆桥架、金属管道等应进行等电位连接，避免雷电引起的电位差。
3.5 电涌保护器（SPD）配置在电源线路、信号线路上安装合适的SPD，以保护电子设备免受雷电电磁脉冲的损害。
3.6 屏蔽与隔离对于敏感的电子设备，应采取屏蔽和隔离措施，减少雷电电磁脉冲的影响。
四、防雷设计实施4.1 设计阶段在建筑设计初期，就应将防雷设计考虑在内，避免后期改造带来的不便和成本增加。
4.2 施工阶段施工过程中应严格按照设计图纸和相关规范进行，确保防雷设施的正确安装。
4.3 验收阶段工程竣工后，应进行专业的防雷检测和验收，确保防雷系统的有效性。
防雷电路设计_精
1、交流电源防雷电路采用复合对称电路，共模、差模全保护，L、N可以随便接，正常工作时无漏电流。
①压敏电阻RV1短路失效后易引起火灾，可在每个压敏电阻串接陶瓷气体放电管、温度保险管，最好串联工频保险丝以防工频过电压瞬间击穿压敏电阻起火；②选压敏电压高一点的更安全、耐用，故障率低，但残压略高；根据通流容量要求选择外形尺寸和封装形式，或采用几个压敏电阻并联（压敏电压相近）③陶瓷气体放电管失效模式大多为开路，不易引起火灾，当两者同时短路时亦会有危险；根据要求的通流容量选择，气体放电管和压敏电阻都必须按照冲击10次以上的降额值计算通流容量（压敏电阻为一次冲击通流容量的三分之一左右，气体放电管为最大通流容量的一半左右）。
④温度保险管应与压敏电阻有良好的热耦合，一般采用130℃～135℃、10A/250V的；⑤玻璃放电管可代替陶瓷气体放电管（当要求的通流容量≤3KA时）⑥输出电流较大时，要在线上串联自恢复保险丝PTC单向与三相串联式交流电源：2、直流电源防雷电路（-48V、24V、110V）3、信号线路防雷电路①、R2金属氧化膜电阻（2W-4.3～5.1Ω），也可以用冷态电阻相当的正温度系数热敏电阻（如：R1自恢复保险丝：LP60-010/030，LB180（U））；②陶瓷气体放电管、TVS 管、半导体过压保护器（只适用于电路中没有连续直流电压的场合）的直流击穿电压根据信号电压幅度选择；③本电路适用于传输高频/高速信号（最高频率可达20MHZ）。
采用低电容TVS 管或半导体过压保护器。
传输频率/速率≥10MHz，Cj≤60pF；传输频率/速率≥100MHz，Cj≤20pF；4、天溃防雷①保护效果很好，残压低，可以同时传送电源，适用于天线带放大器或不带放大器的场合。
②腔体和输入、输出接头是根据系统所用接头类型、传输信号频率范围专门设计加工的。
在户外使用时，腔体、接头和盖板都必须设计成防水的。
③陶瓷气体放电管一般选用通流容量20kA、直流击穿电压90V的，压敏电阻一般选用20D100K型；TVS管击穿电压根据传输直流电压或交流电压峰值选取（VBRmin≥1.2UDC或VBRmin≥1.2Up）。
PCB的EMC设计经验
化二谈论PCB的EMC经验作者：化二为一未经作者同意，严禁转播1、PCB设计的EMC思想根据化二为一从事硬件、EMC、PCB设计的多来积累的经验来看，要设计出一块EMC、SI性能优越的PCB板，难度不大，但是PCB 工程师必须在PCB设计深深地融入如下思想与意识，或者说要敬畏如下规则：（1）“回流路径”要控制信号从本质上说，就是环路，即从源到目标（信号线），然后返回到源（返回路径），否则就形成不了信号或电磁干扰（基尔霍夫定理）。
信号或电流从最低阻抗的路径返回到源，由于回流路径（电源平面）存在ESL、ESR，导致低频信号、高频的返回路径迥然不同：A、如果返回路径的阻抗大于377欧，信号就会通过空间返回（形成对外的电磁干扰）；B）如果信号线与其返回路径形成的“环路”面积过大，就容易向外辐射电磁干扰，或接收到外部的电磁场（法拉第电磁感应原理），也就是说，该信号的抗干扰（如静电ESD、辐射抗扰度RS）性能差，对外的电磁骚扰过大（RE）；C）多条信号的返回路径相同，会形成串扰（相互干扰）；D）信号环路的增大，其ESL相应增加，导致信号产生振荡、过冲等信号完整性问题。
（2）“特征阻抗”不能突变作为PCB或硬件工程师，一定要有如下思想：“特征阻抗”是什么？哪些因素影响“特征阻抗”？“特征阻抗”变化会给EMC与SI带来什么危害？（3）识别与控制PCB板上的电磁干扰A）PCB板上的电磁干扰源有哪些？（电流或电压急剧变化部件，如晶振、总线驱动器、开关电源，以及外部线缆的连接端口、电源输入）；B）PCB板上的敏感器件或走线有哪此？（低压CPU、晶振、复位信号、开关控制信号、A\D芯片）；C）控制电磁干扰的流向让电磁干扰尽可能的低阻抗返回到源：如将外部线缆耦合到的电磁干扰，低阻抗的返回到大地，避免其流向敏感电路或器件；规避晶振的高速谐波通过空间或其他信号线返回到源；通过高频滤波电容，控制逻辑器件开关切换时产生的同步开关噪声，防止其干扰共用电源系统的其他器件工作。
电源口防雷电路设计
电源口防雷电路的设计需要注意的因素较多，有如下几方面：1、防雷电路的设计应满足规定的防护等级要求，且防雷电路的残压水平应能够保护后级电路免受损坏。
2、在遇到雷电暂态过电压作用时，保护装置应具有足够快的动作响应速度，即能尽早的动作限压和旁路泄流。
3、防雷电路加在馈电线路上，不应影响设备的正常馈电。
例如，采用串联式电源防雷电路时，防雷电路应可通过设备满负荷工作时的电流并有一定的裕量。
4、防护电路在系统的最高工作电压时不应动作。
通常在交流回路中，防护电路的动作电压是交流工作电压有效值的2.2~2.5倍，在直流回路中，防护电路的动作电压是直流额定工作电压的1.8~2倍。
5、防雷电路加在馈电线路上，不应给设备的安全运行带来隐患。
例如，应避免由于电路设计不当而使防雷电路存在着火等安全隐患。
6、在整个馈电通路上存在多级防雷电路时，应注意各级防雷电路间有良好的配合关系，不应出现后级防雷电路遭到雷击损坏而前级防雷电路完好的情况。
7、防雷电路应具有损坏告警、遥信、热容和过流保护功能，并具有可替换性。
下面分别给出交流电源口和直流电源口的防雷电路设计指导。
一、交流电源口防雷电路设计1、交流电源口防雷电路交流电源口防雷电路上图是一个两级的交流电源口防护电路：a、Gl和G2为气体放电管2、Rvz1~Rvz6为压敏电阻3、Fl和F2为空气开关4、F3和F4为保险5、Ll和L2是退耦电感。
电路原理简述如下：第1级防雷电路为具有共模和差模保护的电路，差模保护采用的压敏电阻。
共模保护采用压敏电阻和气体放电管串联。
第1级防雷电路的通流能力较高，通常在几十kA(8∕20us)。
第1级防雷电路宜选用空气开关做短路过流故障的保护器件。
第2级防雷电路的形式与第1级相同，合理设计第1级电路和第2级电路间的电感值，可以使大部分的雷电流通过第1级防雷电路泄放，第2级电路只泄放少部分雷电流，这样就可以通过第2级电路将防雷器的输出残压进一步降低以达到保护后级设备的目的。
PCB设计中的雷暴预防和保护
PCB设计中的雷暴预防和保护在PCB设计中，雷暴预防和保护是一项非常重要的任务。
雷暴不仅会给电子设备带来严重的破坏，还可能导致系统的瘫痪。
因此，合理的雷暴预防和保护措施是确保电子设备正常运行的关键。
本文将介绍PCB设计中的雷暴预防和保护的方法和技术。
一、PCB设计中的雷暴预防雷暴预防是指在PCB设计的过程中，采取一系列的预防措施，以减小雷暴对电子设备的危害。
1. 接地设计：合理的接地是雷暴预防的基础。
在PCB设计中，应当充分考虑接地的问题。
首先，要保证各个电路的接地点连接可靠，接地电阻尽量降低；其次，不同信号的接地需要分开设计，避免相互干扰。
此外，对于高频信号和低频信号，要按照不同的要求进行接地设计。
2. 阻抗匹配设计：雷暴过程中产生的电磁波可能对PCB板上的电路产生较大的影响，因此需要对电路进行阻抗匹配设计。
通过合理设置阻抗来降低电磁波对电路的干扰，从而提高电路的稳定性和抗干扰能力。
3. 电源设计：稳定的电源供应对于防止雷暴对PCB的影响至关重要。
在PCB设计中，要采取措施确保电源供应的稳定性和可靠性，如添加滤波电容、稳压电路等。
4. 地线和电源线的布线：在PCB设计中，要合理布置地线和电源线，避免产生过大的电磁干扰。
一般来说，地线和电源线应尽量与其他信号线相互分离，减少相互干扰。
5. 数字和模拟信号分离：在PCB设计的过程中，数字信号和模拟信号的分离设计也是非常重要的。
数字信号和模拟信号在传输和处理过程中的性质不同，对于雷暴的抵抗能力也有差异。
因此，合理地分离数字信号和模拟信号，可以提高电路的抗雷暴能力。
二、PCB设计中的雷暴保护除了雷暴预防的措施之外，对于不可避免的雷暴天气，还需要采取一些保护措施来降低雷暴的破坏力。
1. 避雷器的应用：避雷器是一种非常有效的雷暴保护装置。
在PCB 设计中，可以根据实际情况选择适当的避雷器，将其合理地布置在PCB板上，以吸收和抑制由雷暴引起的过电压。
2. 电磁屏蔽设计：合理的电磁屏蔽设计可以有效地降低雷暴对电子设备的影响。
PCB防雷设计
PCB防雷设计近年来随着电子产品的不断更新换代，各种高科技电子器件的逐渐普及，对电路板(PCB)的要求也越来越高，特别是对于防雷措施的需求也逐渐突显。
因为在严峻的雷电天气环境下，各种电子设备都存在着被雷电击中或是诱导电压影响而造成损坏的风险，这种风险对于高端的电子产品来说尤为重要。
因此在PCB设计中，防雷设计也变得格外重要。
1. PCB防雷设计意义PCB是电子产品的核心部件，而雷电天气中的电磁波干扰往往会对电路板上的电子元件产生很大的影响。
常常会造成电路板的系统崩溃或者数据传输错误，甚至将设备烧毁。
因此，一些特别重要的设备或数据中心需要采取有效的防雷措施以保护设备免受雷击的攻击。
2. 传导防雷设计传导防雷设计是指采用适当的地线、过电压保护器、避雷针等设备来保护电路板的方法。
其中，地线的作用主要是将静电和雷击电流导入地球，从而保护电路板和器件。
另外，过电压保护器也是非常重要的一种防雷措施。
通过在电路板输入/输出端口等位置设置过压保护器，当电路板受到过电压的冲击时，过压保护器可以把过电压导向地线，从而保护电路板和设备。
3. 电磁波防雷设计电磁波防雷设计是指通过电磁波过滤的方法来保护电路板。
可在电路板上加装易受电磁波干扰的电子元件时，需首先设计电磁波屏蔽措施。
实现这一目标的标准方法是通过尽量减少散射和反射来实现电磁波屏蔽。
通过使用合适的电路板布局和减少电场在电路板中传递的路径，还可减少电磁波的影响。
4. PCB防雷设计原则对于PCB的防雷设计来说，主要原则是对电器的各个结构进行分层设计。
通过分层，可以避免不同层的电子元件发生干扰引起故障或是影响传输速率。
通过分层，不同电路之间的距离也会更加合理，可以有效的减少不必要的互相影响。
此外，和传统设计不同，在高速电路中，对于信号的走线，会尽可能采用直接连线的方法，强制规定了最小线宽和响应时间。
这样，不仅维护了信号的走向，而且还确保了电磁特性的稳定和准确。
5. PCB防雷设计需要注意的问题对于PCB防雷设计来说，还需要注意一些问题。
rs485接口EMC电路设计方案(防雷-滤波及防护电路原理图)
（1）接口及接口滤波防护电路周边不能走线且不能放置高速或敏感的器
件；
（2）隔离带下面投影层要做掏空处理，禁止走线。
2. RS485接口电路分地设计
方案特点：
（1）为了抑制内部单板噪声通过RS485接口向外传导辐射，也为了增强
单板对外部干扰的抗扰能力，在RS485接口处增加滤波器件进行抑制，以滤
~2200Ω/100MHz，典型值选取1000Ω/100MHz；
C1、C2为滤波电容，给干扰提供低阻抗的回流路径，能有效减小对外的
共模电流以同时对外界干扰能够滤波；电容容值选取范围为22PF~1000pF，
典型值选取100pF；若信号线对金属外壳有绝缘耐压要求，那幺差分线对地
的两个滤波电容需要考虑耐压；
当电路上有多个节点时要考虑降低或去掉滤波电容的值。C3为接口地和
数字地之间的跨接电容，典型取值为1000pF，C3容值可根据测试情况进行
调整；
（2）电路防雷设计要点：
为了达到IEC61000-4-5或GB17626.5标准，共模6KV，差摸2KV的防
雷测试要求，D4为三端气体放电管组成第一级防护电路，用于抑制线路上的
板之间进行分地处理，即根据不同的端口电压、电平信号和传输速率来分别
设置地线。分地，可以防止不相容电路的回流信号的叠加，防止公共地线阻
抗耦合；
（2）分地现象会导致回流信号跨越隔离带时阻抗变大，从而引起极大的
EMC风险，因此在隔离带间通过电容来给信号提供回流路径。
rs485接口EMC电路设计方案(防雷/滤波及防护电路
原理图)
485接口EMC电路设计方案分析：
一.原理图
1. RS485接口6KV防雷电路设计方案
防雷电路 开关电源防雷电路设计方案(优.选)
防雷电路开关电源防雷电路设计方案雷击浪涌分析最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。
一方面由于电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片)，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。
浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电脑设备，我们就这两方面分别讨论：1)电源浪涌电源浪涌并不仅源于雷击，当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌，电网绵延千里，不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。
当距你几百公里的远方发生了雷击时，雷击浪涌通过电网光速传输，经过变电站等衰减，到你的电脑时可能仍然有上千伏，这个高压很短，只有几十到几百个微秒，或者不足以烧毁电脑，但是对于电脑内部的半导体元件却有很大的损害，正象旧音响的杂音比新的要大是因为内部元件受到损害一样，随着这些损害的加深，电脑也逐渐变的越来越不稳定，或有可能造成您重要数据的丢失。
美国GE公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线(110V)在10000小时(约一年零两个月)内在线间发生的超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达到800余次，其中超过1000V的就有300余次。
这样的浪涌电压完全有可能一次性将电子设备损坏。
2)信号系统浪涌信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。
金属物体(如电话线)受到这些干扰信号的影响，会使传输中的数据产生误码，影响传输的准确性和传输速率。
排除这些干扰将会改善网络的传输状况。
基于以上的技术缺陷和状况，本文根据实际使用设计了一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌的开关电源电路。
防雷击浪涌电路的设计本文所设计的是一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路，并将其应用到仪表的开关电源上。
整个电路包括防雷电路和开关电源电路，其中防雷电路采用3个压敏电阻和一个陶瓷气体放电管组成复合式对称电路，共模、差摸全保护。
以太网EMC接口电路设计及PCB设计
以太网EMC接口电路设计及PCB设计我们现今使用的网络接口均为以太网接口，目前大部分处理器都支持以太网口。
目前以太网按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三种接口，10M应用已经很少，基本为10/100M所代替。
目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口，且基本应用于工控领域，因工控领域的特殊性，所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。
从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC（Media Access Controlleroler）控制和物理层接口（Physical Layer，PHY）两大部分构成。
大部分处理器内部包含了以太网MAC控制，但并不提供物理层接口，故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。
面对如此复杂的接口电路，相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。
下图1以太网的典型应用。
我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线，下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。
图1 以太网典型应用1.图2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图，下面就以图2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。
图2 变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参考a)RJ45和变压器之间的距离尽可能的短，晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围，PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短，但有时为了顾全整体布局，这一点可能比较难满足，但他们之间的距离最大约10~12cm，器件布局的原则是通常按照信号流向放置，切不可绕来绕去；b)PHY层芯片的电源滤波按照要芯片要求设计，通常每个电源端都需放置一个退耦电容，他们可以为信号提供一个低阻抗通路，减小电源和地平面间的谐振，为了让电容起到去耦和旁路的作用，故要保证退耦和旁路电容由电容、走线、过孔、焊盘组成的环路面积尽量小，保证引线电感尽量小；c)网口变压器PHY层芯片侧中心抽头对地的滤波电容要尽量靠近变压器管脚，保证引线最短，分布电感最小；d)网口变压器接口侧的共模电阻和高压电容靠近中心抽头放置，走线短而粗（≥15mil）；e)变压器的两边需要割地：即RJ45连接座和变压器的次级线圈用单独的隔离地，隔离区域100mil以上，且在这个隔离区域下没有电源和地层存在。
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PCB防雷设计
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前言 (2)
摘要： (2)
关键词： (2)
缩略词解释 (2)
一.目的 (2)
二.适用范围 (2)
三.引用/参考标准或资料 (2)
四.名词解释 (2)
五.指导书内容及其它 ....................................................................... 错误!未定义书签。
六.附录................................................................................................ 错误!未定义书签。
前言
本规范/指导书由公司研发部发布实施，在研发部内执行, 适用于指导本公司的产品设计开发及相关活动。
摘要：
本指导书介绍了我司产品防雷电路在PCB设计时的注意事项及规则。
关键词：
防雷电路PCB设计
缩略词解释
一. 目的
为了规范公司产品防雷电路的PCB设计，研发电子工艺部和防雷产品开发部共同组织编写了防雷布线设计操作指导书。
二. 适用范围
本指导书主要针对公司产品防雷电路的PCB设计，适用于产品设计中的所有成员，特别包括硬件设计工程师和CAD设计工程师。
本指导书适用于公司所有用Mentor Graphics及Power PCB软件进行防雷电路PCB设计。
本指导书由公司研发部电子工艺部、防雷产品开发部主管或其授权人员，负责解释、维护、发布，研发部QA负责监督执行。
三. 引用/参考标准或资料
[1]. YD/T 1235.1-2002 通信局(站)低压配电系统用电涌保护器技术要求
[2]. YD/T 1235.2-2002 通信局(站)低压配电系统用电涌保护器测试方法
[3]. YD/T 944-2007通信电源设备的防雷技术要求和测试方法
[4]. GB/T 17626.5-1999 电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验
[5]. IEC 61643系列标准
四. 名词解释
1、电涌保护器（SPD）
俗称防雷器。
是通过抑制瞬态过电压以及旁路电涌电流来保护设备的一种装置。
它至少含有一个非线性元件，即SPD器件。
2、SPD器件
俗称防雷器件。
是电涌保护器中用以实现抑制瞬态过电压以及旁路电涌电流的非线性元件。
根据其电压电流特性，可分为限压型SPD器件和开关型SPD器件。
3、限压型SPD器件
在无电涌时呈高阻态，但随着电涌的增大，其阻抗不断降低的一种SPD器件。
常用的有压敏电阻器、瞬态抑制二极管（TVS管）等。
4、开关型SPD器件
在无电涌时呈高阻态，但对电涌响应时，其阻抗突变为低阻值的一种SPD器件。
常用的有火花间隙、气体放电管等。
5、开关型SPD器件
在无电涌时呈高阻态，但对电涌响应时，其阻抗突变为低阻值的一种SPD器件。
常用的有火花间隙、气体放电管等。
五．雷电路PCB设计要求：
5．1：器件布局：
5．1．1：所有端口，凡是有防雷器件的，应将防雷器件置于靠近端口处，其后才是其它器件。
5．1．2：应合理布放防雷器件，以满足下述“布线设计”的相关要求。
5．2：布线设计：
5．2．1：防雷电路的PCB走线，应优先放置在表层。
5．2．2：防雷电路的PCB走线，应坚持短、直、宽的原则。
5．2．3：防雷电路的PCB走线，尽可能不通过过孔换层走线；确需换层时，要添加孔径为20MIL的过孔4个及以上。
5．2．4：对于所有按5KA设计的防雷电路，其PCB走线，铜厚为2OZ时线宽不得小于60MIL；铜厚为1OZ 时线宽不得小于80MIL。
5．2．5：对于所有按3KA设计的防雷电路，其PCB走线，铜厚为2OZ时线宽不得小于40MIL；铜厚为1OZ 时线宽不得小于60MIL。
5．2．6：防雷电路处的地线应尽可能的短、粗，且不得小于上述（5．2．4）（5．2．5）要求的线宽。
六．附录
6．1 防雷测试项目简介
目前，我司产品涉及雷电浪涌的测试项目主要有两大类：雷击测试和浪涌测试。
前者采用8/20us 冲击电流进行测试，而后者则采用1.2/50-8/20us混合波进行测试。
根据我司现有的测试资源以及相关
部门间的约定，6kV/3kA 及以下的浪涌测试由EMC 室负责，雷击测试和6kV/3kA 以上的浪涌测试则由防雷试验室负责。
下面仅对雷击测试的相关情况加以简单介绍。
产品的雷击测试一般可按端口划分为：交流电源口雷击测试、直流电源口雷击测试、信号（通信）口雷击测试。
不同产品、不同端口的雷电流幅值要求不尽相同，具体请参见相关产品规格书的要求。
标准的雷击测试波形为8/20us ，其波形图及相关参数如下所示：
视在原点（O 1）：通过冲击电流峰值的10%和90%所画直线与时间坐标轴的相交点；
视在波头时间（T 1）：其值等于冲击电流峰值的10%增加到90%(见图1)所需时间T 的1.25倍； 视在波尾（或半峰值）时间（T 2）：冲击电流视在原点O 1与电流下降到峰值一半的时间间隔。
测试波形的容许偏差为：
峰值 ±10％
视在波头时间
±10％ 视在半峰值时间 ±10％
允许有小的过冲或振荡，但是单个幅值不应超过其峰值的5％。
当电流下降到零后，反极性的振荡幅值不应超过峰值的20％。
6．2 防雷试验室雷击发生器简介
目前，公司防雷试验室有8/20us 冲击电流发生器、1.2/50-8/20us 混合波发生器、10/1000us 冲击电流发生器各一套。
其中10/1000us 冲击电流发生器仅供器件测试，在此不作进一步介绍。
冲击电流发生器是产生冲击电流的试验设备，其主要作用是模拟各种器件、设备以及系统耐受瞬
0图1 冲击电流波形图
态大电流的能力。
8/20μs冲击电流发生器用于产生8/20μs冲击电流，包括一套主回路和一套测量控制系统。
主回路除了发生器本体外，还包括自动接地装置和分压器、罗哥夫斯基线圈等测量单元。
测量控制系统包括电压比较器、可编程控制器、计数器、工控机、示波器等。
8/20μs冲击电流发生器的主要技术指标为：
a．最高充电电压：70kV
b．输出电流波形：8/20μs，容许偏差符合IEC60-1及GB/T 16927.1的有关规定
c．输出电流幅值：10kA～60kA
d．测试精度：测量系统包括分压器、罗哥夫斯基线圈、示波器。
分压器和罗哥夫斯基线圈的方波响应符合IEC60-2及GB/T 16927.2的有关规定。
e．使用条件：
环境温度：15~35℃
相对湿度：45%~75%
电源：220V，50Hz
压缩空气：流量≥0.3m3/min，压力≥0.40Mpa
更多资讯请参见《8/20μs冲击电流发生器（大系统）使用说明书》。
1.2/50-8/20μs混合波发生器除了能产生混合波外，还可用于产生8/20μs冲击电流（10kA以下）。
设备包括一套主回路和一套测量控制系统。
主回路除了发生器本体外，还包括自动接地装置和分压器、分流器等测量单元。
测量控制系统包括电压比较器、可编程控制器、计数器、工控机、示波器等。
1.2/50-8/20μs混合波发生器的主要技术指标为：
a．最高充电电压：20kV
b．输出波形：
1.2/50-8/20μs混合波，容许偏差符合IEC60-1及IEC 61000-4-5的有关规定；
8/20μs冲击电流，容许偏差符合IEC60-1及GB/T 16927.1的有关规定。
c．输出电压/电流幅值：
混合波：最大20kV/10kA；
8/20μs冲击电流：10kA
d．测试精度：测量系统包括分压器、分流器、示波器。
分压器、分流器的方波响应符合IEC60-2及GB/T 16927.2的有关规定。
e．使用条件：
环境温度：15~35℃
相对湿度：45%~75%
电源：220V，50Hz
压缩空气：流量≥0.3m3/min，压力≥0.40Mpa
更多资讯请参见《1.2/50-8/20μs混合波发生器（含小8/20μs冲击电流发生器）使用说明书》。
6．3 雷击测试方法
下面以单相交流电源端口为例，说明其测试方法。
三相交流电源端口、直流电源端口以及信号(通信)端口的测试方法与此类似，不做重复说明。
图2 单相交流电源口的雷击试验电路
试验步骤如下：
a) 试验接线图如图2所示。
b) 进行冲击试验时，待测设备应处于正常工作状态。
c) 开关k1和k2分别放在1，2或3的位置，冲击电流试验波形的极性采用正极性、负极性
各重复试验5次，每次间隔不少于1min。
d) 电流幅值按试品耐雷电标称放电电流确定。
e) 冲击电流试验后，试品应工作正常，通信接口应工作正常。
（试验判据应满足相关产品规
格书的规定）。