Criterii de suprimare a ESD pentru proiectarea PCB
Amplasarea PCB este un element cheie al protecției ESD, iar un design rezonabil al PCB poate reduce costurile inutile de depanare și reprelucrare. În proiectarea PCB, datorită utilizării diodelor supresoare de tensiune tranzitorie (TVS) pentru a suprima injecția directă a încărcăturii datorită descărcării ESD, este mai important în proiectarea PCB să depășească efectul câmpului electromagnetic de interferență electromagnetică (EMI) generat de curentul de descărcare. Acest articol va oferi linii directoare de proiectare PCB care pot optimiza protecția ESD.
Circuit de buclă
Curentul este indus în buclele de circuit prin inducție, iar aceste bucle sunt închise și au un flux magnetic variabil. Amplitudinea curentului este proporțională cu aria inelului. Buclele mai mari conțin mai mult flux magnetic, ceea ce induce un curent mai puternic în circuit. Prin urmare, zona buclă trebuie redusă.
Cea mai obișnuită buclă este prezentată în figura 1, care este formată de sursa de alimentare și de sol. Acolo unde este posibil, pot fi utilizate modele cu PCB multistrat cu avioane de putere și avion. Panoul multistrat nu numai că minimizează zona de buclă dintre sursa de alimentare și masă, dar, de asemenea, reduce câmpul electromagnetic EMI de înaltă frecvență generat de impulsul ESD.
Dacă nu se poate utiliza o placă cu mai multe straturi, firele pentru linia de alimentare și masă trebuie să fie conectate într-o rețea așa cum se arată în figura 2. Conexiunea la rețea poate funcționa ca un plan de alimentare și de masă. Utilizați vias pentru a conecta urmele fiecărui strat. Distanta dintre conexiuni trebuie sa fie de 6 cm in fiecare directie. În plus, atunci când cablajul, alimentarea cu energie electrică și pământul se deplasează cât mai aproape posibil, se poate reduce zona bucla, așa cum se arată în figura 3.
Un alt mod de a reduce zona bucla și de a induce curentul este de a reduce căile paralele între dispozitivele interconectate, a se vedea figura 4.
Un cablu de protecție poate fi utilizat atunci când trebuie utilizat un cablu de semnal mai lung de 30 cm, așa cum se arată în fig. O abordare mai bună este de a plasa formarea în apropierea liniei de semnal. Când se utilizează linia de semnal, aceasta trebuie să se afle la o distanță de 13 mm de linia de protecție sau de linia de masă.
După cum se arată în figura 6, linia de semnal lungă (> 30 cm) sau linia de alimentare a fiecărei componente sensibile este plasată pe linia de sol. Liniile încrucișate trebuie aranjate la intervale regulate de sus în jos sau de la stânga la dreapta.
Circuit de conectare lungime
O lungă linie de semnal poate fi, de asemenea, o antenă care primește energia pulsului ESD. Utilizarea unei linii de semnal mai scurte cât mai mult posibil poate reduce eficiența liniei de semnal ca o antenă de câmp electromagnetic ESD.
Încercați să amplasați dispozitivele interconectate în locații adiacente pentru a reduce lungimea traseelor interconectate.
Injecția încărcăturii la sol
Descărcarea directă a ESD la planul de masă poate deteriora circuitele sensibile. Unul sau mai mulți condensatori de by-pass de înaltă frecvență sunt de asemenea utilizați în timpul utilizării diodelor TVS, care se află între sursa de alimentare a componentei consumabile și sol. Conductorul de bypass reduce injectarea încărcării și menține diferența de tensiune dintre sursa de alimentare și portul de la sol.
TVS îndepărtează curentul indus și menține diferența de potențial a tensiunii de cablu TVS. Televizoarele și condensatoarele trebuie amplasate cât mai aproape de IC protejat (a se vedea figura 7). Asigurați-vă că TVS-ul la pământ și lungimea pinului condensatorului sunt cele mai scurte pentru a reduce efectele de inductanță parazite.
Conectorul trebuie montat pe stratul de cupru-platină de pe PCB. În mod ideal, stratul de cupru-platină trebuie să fie izolat de planul de masă al PCB și conectat la placă printr-o linie scurtă.
Alte orientări pentru proiectarea PCB
1. Evitați să aranjați semnale importante de semnal, cum ar fi ceasurile și semnalele de resetare pe muchia PCB;
2. Setați partea nefolosită a plăcii de bază în planul de masă
3. Conductorul de împământare al șasiului și linia de semnalizare sunt distanțate la cel puțin 4 mm;
4. Mențineți raportul de aspect al firului de împământare al șasiului mai mic de 5: 1 pentru a reduce efectul de inductanță;
5. Utilizați diode TVS pentru a proteja toate conexiunile externe;
Protecția inductanței parazite în circuit
Inductanța parazită în traseul diodei TVS poate cauza depășirea gravă a tensiunii în cazul unui eveniment ESD. În ciuda utilizării unei diode TVS, o tensiune excesivă de depășire poate să depășească în continuare pragul de tensiune de deteriorare al IC protejat datorită tensiunii induse VL = L × di / dt pe sarcina inductivă.
Tensiunea totală la care este supus circuitul de protecție este suma tensiunii generate de tensiunea de clemă a diodelor TVS și de inductanța parazitară, VT = VC + VL. O vârstă de curent indusă tranzitoriu ESD în mai puțin de 1 ns (conform IEC 61000-4-2), presupunând o inductanță de plumb de 20 nH per inch, o lungime de linie de un sfert de inch și o tensiune de depășire de 50V / 10A puls . Regula de proiectare empirică este de a minimiza efectul de inductanță parazitară prin proiectarea traseului șuntului cât mai scurt posibil.
Toate traiectoriile inductive trebuie să țină cont de bucla de la sol, de calea dintre TVS și de linia de semnal protejată și de calea de la conector la dispozitivul TVS. Linia de semnal protejată trebuie conectată direct la planul de masă. Dacă nu există un plan de masă, bucla de la sol trebuie să fie cât mai scurtă posibil. Distanța dintre solul diodei TVS și punctul de masă al circuitului protejat trebuie să fie cât mai scurtă posibil pentru a reduce inductanța parazitară a planului de masă.
În cele din urmă, dispozitivul TVS trebuie să fie cât mai aproape posibil de conector pentru a reduce cuplarea tranzitorie în liniile din apropiere. Deși nu există o cale directă către conector, acest efect secundar de radiație poate provoca, de asemenea, defecțiuni în alte părți ale plăcii.
Amplasarea PCB este un element cheie al protecției ESD, iar un design rezonabil al PCB poate reduce costurile inutile de depanare și reprelucrare. În proiectarea PCB, datorită utilizării diodelor supresoare de tensiune tranzitorie (TVS) pentru a suprima injecția directă a încărcăturii datorită descărcării ESD, este mai important în proiectarea PCB să depășească efectul câmpului electromagnetic de interferență electromagnetică (EMI) generat de curentul de descărcare. Acest articol va oferi linii directoare de proiectare PCB care pot optimiza protecția ESD.