Notizie PCB - Metodi di soppressione ESD nella progettazione di PCB

Il cablaggio PCB è un elemento chiave della protezione ESD. Un design ragionevole del PCB può ridurre i costi inutili causati da ispezione e rilavorazione dei guasti. Nella progettazione PCB, poiché il diodo del soppressore di tensione transitorio (TVS) viene utilizzato per sopprimere l'iniezione di carica diretta causata dalla scarica ESD, è più importante nella progettazione PCB superare l'effetto di campo elettromagnetico dell'interferenza elettromagnetica (EMI) generato dalla corrente di scarica. Questo articolo fornirà linee guida di progettazione PCB in grado di ottimizzare la protezione ESD.

Ciclo circuitaleLa corrente entra nei circuiti attraverso l'induzione. Questi cicli sono chiusi e hanno flussi magnetici variabili. La grandezza della corrente è proporzionale all'area dell'anello. Un loop più grande contiene più flusso magnetico e quindi induce una corrente più forte nel circuito. Pertanto, l'area del ciclo deve essere ridotta.

Il ciclo più comune è mostrato nella Figura 1, formato da potenza e terra. Ove possibile, può essere utilizzato un design PCB multistrato con piani di potenza e terra. Il circuito stampato multistrato non solo minimizza l'area del ciclo tra l'alimentazione elettrica e il terreno, ma riduce anche il campo elettromagnetico EMI ad alta frequenza generato dall'impulso ESD.

Se non è possibile utilizzare un circuito stampato multistrato, i cavi utilizzati per l'alimentazione e la messa a terra devono essere collegati a una rete come mostrato nella figura 2. La connessione alla rete può svolgere il ruolo di potere e strato di terra. Utilizzare vias per collegare le linee stampate di ogni strato. L'intervallo tra vias in ogni direzione dovrebbe essere entro 6 cm. Inoltre, quando si collega, posizionare le tracce di alimentazione e terra il più vicino possibile può anche ridurre l'area del ciclo.

Un altro modo per ridurre l'area loop e la corrente indotta è ridurre i percorsi paralleli tra dispositivi interconnessi.

Quando deve essere utilizzata una linea di collegamento del segnale più lunga di 30 cm, può essere utilizzata una linea di protezione, come mostrato nella figura 5. Un modo migliore è posizionare un piano di terra vicino alla linea del segnale. Il cavo del segnale dovrebbe essere entro 13 mm dal filo di protezione o dallo strato del filo di terra.

Come mostrato nella figura 6, la linea di segnale lunga (>30 cm) o la linea di alimentazione di ciascun elemento sensibile e la sua linea di terra sono disposti a croce. I fili di attraversamento devono essere disposti a intervalli regolari dall'alto verso il basso o da sinistra a destra.

Le lunghe linee di segnale possono anche diventare antenne per ricevere l'energia dell'impulso ESD. Cercare di utilizzare linee di segnale più corte per ridurre l'efficienza delle linee di segnale come antenne per la ricezione dei campi elettromagnetici ESD. Cercare di posizionare i dispositivi interconnessi in posizioni adiacenti per ridurre la lunghezza delle tracce interconnesse.

Iniezione di carica a terra

Lo scarico diretto di ESD allo strato di terra può danneggiare i circuiti sensibili. Durante l'utilizzo dei diodi TVS, vengono utilizzati anche uno o più condensatori bypass ad alta frequenza. Questi condensatori sono posizionati tra l'alimentazione elettrica e la terra dei componenti vulnerabili. Il condensatore bypass riduce l'iniezione di carica e mantiene la differenza di tensione tra l'alimentazione elettrica e il terminale di terra.

Il TVS shunta la corrente indotta e mantiene la differenza di potenziale della tensione di serraggio TVS. I televisori e i condensatori devono essere posizionati il più vicino possibile all'IC protetto (vedere figura 7) e la lunghezza del TVS al percorso di terra e la lunghezza del perno del condensatore dovrebbero essere la più breve per ridurre gli effetti dell'induttanza parassitaria.

Il connettore deve essere montato sullo strato di rame platino sulla scheda PCB. Idealmente, lo strato rame-platino deve essere isolato dal piano di terra del PCB e collegato al pad attraverso un cavo corto.

Evitare di organizzare importanti linee di segnale sul bordo della scheda PCB, come i segnali di clock e reset; Impostare la parte inutilizzata sulla scheda PCB come piano di terra; La distanza tra il cavo di massa del telaio e il cavo di segnale è di almeno 4 mm; Mantenere il rapporto di aspetto del cavo di massa del telaio inferiore a 5:1 per ridurre l'effetto di induttanza; Utilizzare diodi TVS per proteggere tutte le connessioni esterne; Induttanza parassitaria nel circuito di protezione L'induttanza parassitaria nel percorso del diodo TVS può causare un grave sovraccarico di tensione in caso di evento ESD. Sebbene vengano utilizzati diodi TVS, a causa della tensione indotta VL=L*di/dt ad entrambe le estremità del carico induttivo, l'eccessiva tensione di overshoot può comunque superare la soglia di tensione di danno dell'IC protetto.

La tensione totale che il circuito di protezione sopporta è la somma della tensione di serraggio del diodo TVS e della tensione generata dall'induttanza parassitaria, VT=VC+VL. Una corrente indotta transitoria ESD può raggiungere il suo valore di picco in meno di 1ns (secondo lo standard IEC 61000-4-2). Assumendo che l'induttanza del piombo sia 20nH per pollice e la lunghezza della linea sia di un quarto di pollice, la tensione di overshoot sarà 50V / 10A impulso. Il criterio empirico di progettazione è quello di progettare il percorso dello shunt il più breve possibile per ridurre l'effetto dell'induttanza parassitaria.

Tutti i percorsi induttivi devono considerare l'uso di loop di massa, il percorso tra il TVS e la linea di segnale protetta e il percorso dal connettore al dispositivo TVS. Il cavo di segnale da proteggere dovrebbe essere collegato direttamente al piano di terra. Se non c'è piano di terra, il collegamento del circuito di terra dovrebbe essere il più breve possibile. La distanza tra la terra del diodo TVS e il punto di terra del circuito protetto deve essere il più breve possibile per ridurre l'induttanza parassitaria del piano di terra.

Infine, il dispositivo TVS dovrebbe essere il più vicino possibile al connettore per ridurre l'accoppiamento transitorio nelle linee vicine. Anche se non c'è un percorso diretto al connettore, questo effetto secondario di radiazione causerà anche il lavoro di altre parti del circuito stampato per essere disordinato.