L'actualité PCB - Méthodes de suppression ESD dans la conception de PCB

Le câblage PCB est un élément clé de la protection ESD. Une conception de PCB raisonnable peut réduire les coûts inutiles résultant de la vérification des défauts et du retravaillage. Dans la conception de PCB, comme les diodes de suppresseur de tension transitoire (TVS) sont utilisées pour inhiber l'injection de charge directe causée par une décharge ESD, il est encore plus important de surmonter les effets de champ électromagnétique perturbateur électromagnétique (EMI) générés par le courant de décharge lors de la conception de PCB. Cet article fournira un guide de conception de PCB qui peut optimiser la protection ESD.

Le courant de boucle entre dans la boucle par induction. Ces boucles sont fermées et ont un flux magnétique variable. La taille du courant est proportionnelle à la surface de l'anneau. Les boucles plus grandes contiennent plus de flux magnétique et induisent donc un courant plus fort dans le circuit. La zone de boucle doit donc être réduite.

La boucle la plus courante est représentée sur la figure 1 et consiste en une alimentation électrique et une mise à la terre. Dans la mesure du possible, des conceptions de PCB multicouches avec alimentation et plan de masse peuvent être utilisées. La carte multicouche minimise non seulement la zone de boucle entre l'alimentation et la terre, mais réduit également le champ électromagnétique EMI haute fréquence généré par les impulsions ESD.

Si une carte multicouche ne peut pas être utilisée, les fils électriques utilisés pour l'alimentation et la mise à la terre doivent être connectés au réseau électrique, comme illustré sur la figure 2. La connexion au réseau électrique peut fonctionner comme électricité et comme couche de mise à la terre. Utilisez des trous pour connecter les lignes imprimées de chaque couche. L'intervalle entre les trous dans chaque direction doit être de moins de 6 cm. En outre, lors du câblage, placer l'alimentation et les traces de terre aussi près que possible peut également réduire la zone de boucle.

Une autre façon de réduire la surface de boucle et le courant induit est de réduire les chemins parallèles entre les dispositifs d'interconnexion.

Lorsque des lignes de connexion de signaux de plus de 30 cm de longueur doivent être utilisées, des lignes de protection peuvent être utilisées, comme illustré à la figure 5. Une meilleure approche consiste à placer un plan de masse près de la ligne de signal. La ligne de signal doit être à moins de 13 mm de la ligne de protection ou de la couche de fil de terre.

Comme le montre la figure 6, la ligne de signal longue (> 30 cm) ou la ligne d'alimentation de chaque élément sensible est alignée en croix avec sa ligne de masse. Les lignes croisées doivent être disposées à intervalles réguliers de haut en bas ou de gauche à droite.

La ligne de signal longue longueur de câblage du circuit peut également devenir une antenne recevant l'énergie des impulsions ESD. Essayez d'utiliser des lignes de signal plus courtes pour réduire l'efficacité des lignes de signal en tant qu'antennes recevant le champ électromagnétique ESD. Essayez de placer les dispositifs d'interconnexion dans des endroits adjacents pour réduire la longueur des pistes d'interconnexion.

Injection de charge au sol

Une décharge directe de la couche d'amarrage ESD peut endommager les circuits sensibles. Parallèlement à l'utilisation d'une diode TVS, on utilise également un ou plusieurs condensateurs de dérivation haute fréquence. Ces condensateurs sont placés entre l'alimentation électrique et la masse des composants vulnérables. Un condensateur de dérivation réduit l'injection de charge et maintient la différence de tension entre l'alimentation et la borne de masse.

TVS Shunte la différence de potentiel du Courant induit et maintient la tension de clampage TVS. Le TVS et le condensateur doivent être situés aussi près que possible de l'IC protégé (voir figure 7), et la longueur du trajet TVS vers la masse et la longueur des broches du condensateur doivent être les plus courtes afin de réduire les effets inductifs parasites.

Le connecteur doit être monté sur une couche de cuivre - platine sur la carte PCB. Idéalement, la couche de cuivre - platine doit être isolée du plan de masse du PCB et connectée aux Plots par des fils courts.

D'autres directives pour la conception de PCB évitent de disposer des lignes de signal importantes telles que les signaux d'horloge et de Réinitialisation sur les bords de la carte PCB; Régler les parties inutilisées de la carte PCB sur le plan de masse; La distance entre la ligne de masse du châssis et la ligne de signalisation est d'au moins 4 mm; Maintenir le rapport d'aspect de la ligne de masse du châssis inférieur à 5: 1 pour réduire l'effet inductif; Protéger toutes les connexions externes avec des diodes TVS; Inductance parasite dans le circuit de protection lors d'un événement ESD, une induction parasite dans le trajet de la diode TVS peut provoquer une surtension importante. Malgré l'utilisation de diodes TVS, des surtensions trop importantes peuvent encore dépasser le seuil de tension d'endommagement de l'IC protégé du fait de la tension induite vl = l * di / DT aux bornes de la charge induite.

La tension totale supportée par le circuit de protection est la somme de la tension de calage de la diode TVS et de la tension générée par l'inductance parasite, Vt = VC + vl. Le Courant induit transitoire ESD peut atteindre un pic en moins de 1 NS (selon la norme IEC 61000 - 4 - 2). En supposant une inductance de 20 NH par pouce et une longueur de ligne d'un quart de pouce, la tension de dépassement sera une impulsion de 50 V / 10 A. Le critère de conception empirique est de concevoir le chemin de dérivation le plus court possible afin de réduire les effets des inductances parasites.

Tous les chemins inductifs doivent tenir compte de l'utilisation de la boucle de terre, du chemin entre le TVS et la ligne de signal protégée et du chemin du connecteur vers le dispositif TVS. Les lignes de signal à protéger doivent être connectées directement au plan de masse. S'il n'y a pas de plan de mise à la terre, la connexion du circuit de mise à la terre doit être aussi courte que possible. La distance entre la masse de la diode TVS et la masse du circuit protégé doit être aussi courte que possible afin de réduire l'inductance parasite du plan de masse.

Enfin, l'équipement TVS doit être placé le plus près possible du connecteur pour réduire le couplage transitoire aux lignes voisines. Bien qu'il n'y ait pas de chemin direct vers le connecteur, cet effet de rayonnement secondaire peut également entraîner des perturbations dans le fonctionnement d'autres parties de la carte.