Новости PCB - Методы подавления ESD при проектировании PCB

Проводка PCB является ключевым элементом защиты ESD. Разумная конструкция PCB может уменьшить ненужные затраты, связанные с проверкой неисправности и переделкой. При проектировании PCB преодоление электромагнитных помех (ЭМИ) электромагнитного поля, создаваемых разрядным током, имеет еще большее значение, поскольку для подавления прямого впрыска заряда, вызванного разрядом ESD, используются диоды с переходным напряжением (TVS). В этой статье будет представлено руководство по проектированию PCB, которое оптимизирует защиту ESD.

Электрический ток контура входит в контур через индукцию. Эти кольца замкнуты и имеют разные магнитные потоки. Размер тока пропорционален площади кольца. Большие кольца содержат больше магнитного потока, поэтому в цепи ощущается более сильный ток. Поэтому необходимо уменьшить площадь кольцевой дороги.

Наиболее распространенный контур, как показано на рисунке 1, состоит из источника питания и наземной линии. Там, где это возможно, можно использовать многослойную конструкцию PCB с плоскостью питания и заземления. Многоуровневые платы не только минимизируют площадь контура между источником питания и землей, но и уменьшают высокочастотное электромагнитное поле EMI, создаваемое импульсами ESD.

Если многослойная плата не может быть использована, провода, используемые для питания и заземления, должны быть подключены к сетке, как показано на рисунке 2. Подключение к сети может служить источником питания и заземлением. Используйте отверстие для подключения каждого слоя к печатной линии. Интервал между проходными отверстиями в каждом направлении должен быть в пределах 6 сантиметров. Кроме того, при прокладке кабеля максимальное приближение линии электропитания и заземления также может уменьшить площадь контура.

Другой способ уменьшить площадь контура и индукционный ток - уменьшить параллельные пути между подключенными устройствами.

Когда необходимо использовать линии сигнального соединения длиной более 30 см, можно использовать линии защиты, как показано на рисунке 5. Лучшим способом является размещение плоскости заземления вблизи линии сигнала. Сигнальные линии должны находиться в пределах 13 мм от линии защиты или слоя земной линии.

Как показано на рисунке 6, длинные сигнальные линии (> 30 см) или линии электропитания каждого чувствительного элемента пересекаются с их наземными линиями. Перекрестки должны быть расположены с регулярными интервалами сверху вниз или слева направо.

Сигнальные линии с длинной проводкой также могут быть антеннами, принимающими импульсную энергию ESD. Старайтесь использовать более короткие сигнальные линии в качестве антенн для приема электромагнитного поля ESD, чтобы снизить эффективность сигнальных линий. Попробуйте разместить устройство межсоединения в соседнем месте, чтобы уменьшить длину линии соприкосновения.

впрыск наземного заряда

Прямой разряд ЭСД в заземление может повредить чувствительные схемы. В сочетании с TVS - диодом используется один или несколько высокочастотных шунтирующих конденсаторов. Эти конденсаторы расположены между питанием и заземлением уязвимых компонентов. Конденсатор шунта уменьшает впрыск заряда и поддерживает перепад напряжения между источником питания и заземленным зажимом.

TVS шунтирует индукционный ток и поддерживает разность потенциалов напряжения фиксации TVS. TVS и конденсаторы должны быть размещены как можно ближе к защищенному IC (см. рисунок 7), а длина пути TVS к заземлению и длина штыря конденсатора должны быть минимальными, чтобы уменьшить паразитный индуктивный эффект.

Соединитель должен быть установлен на медно - платиновом слое на пластине PCB. В идеале медно - платиновый слой должен быть изолирован от плоскости заземления PCB и соединен к сварному диску короткими линиями.

Другие инструкции по проектированию PCB избегают размещения важных сигнальных линий на краю PCB - платы, таких как часы и сигналы сброса; Установить неиспользуемые части на панели PCB в плоскость заземления; Расстояние между линией заземления шасси и линией сигнализации не менее 4 мм; Поддержание соотношения сторон поверхности шасси менее 5: 1 для уменьшения индуктивного эффекта; Защита всех внешних соединений с помощью TVS - диодов; Паразитическая индуктивность в защитной цепи при возникновении ESD - события, паразитная индукция на пути диода TVS может привести к серьезному перенапряжению напряжения. Несмотря на использование диода TVS, напряжение перенапряжения может превышать порог поврежденного напряжения защищенной IC из - за индукционного напряжения VL = L * di / dt на обоих концах индуктивной нагрузки.

Общее напряжение, выдерживаемое защитной цепью, представляет собой сумму напряжения фиксации и паразитной индуктивности диода TVS, VT = VC + VL. Переходный индукционный ток ESD может достигать пиковых значений в пределах менее 1 НС (согласно стандарту IEC 61000 - 4 - 2). Предположим, что индуктивность провода составляет 20 нН на дюйм, а длина линии - четверть дюйма, избыточное напряжение составляет импульс 50V / 10A. Стандартом эмпирического проектирования является проектирование как можно более коротких шунтирующих путей для уменьшения воздействия паразитной индуктивности.

Все индукционные пути должны учитывать использование контура заземления, пути между ТВС и защищенной сигнальной линией, а также пути от разъема к устройству ТВС. Защищенные линии сигнала должны быть соединены непосредственно с плоскостью заземления. Если нет плоскости заземления, соединение контура заземления должно быть как можно короче. Расстояние между заземлением диода TVS и местом заземления защищенной цепи должно быть как можно короче, чтобы уменьшить паразитную индуктивность плоскости заземления.

Наконец, устройства TVS должны быть как можно ближе к разъему, чтобы уменьшить переходную связь с близлежащими линиями. Хотя нет прямого пути к разъему, этот эффект вторичного излучения также может привести к нарушению работы других частей платы.