Критерии подавления электростатического разряда для проектирования печатных плат

Компоновка печатной платы является ключевым элементом защиты от электростатического разряда, а разумная конструкция печатной платы может снизить ненужные затраты на устранение неисправностей и переделку. В конструкции печатной платы из-за использования диодов подавления переходного напряжения (TVS) для подавления прямого впрыска заряда из-за разряда от электростатического разряда в конструкции печатной платы более важно преодолеть эффект электромагнитного поля электромагнитных помех (EMI), создаваемый током разряда. Эта статья содержит рекомендации по проектированию печатных плат, которые могут оптимизировать защиту от электростатического разряда.

Антистатический комбинезон

Контурная петля

Индукция индуцирует ток в контуре цепи, и эти контуры замкнуты и имеют переменный магнитный поток. Величина тока пропорциональна площади кольца. Большие контуры содержат больше магнитного потока, который вызывает более сильный ток в цепи. Следовательно, площадь петли должна быть уменьшена.

Наиболее распространенный контур показан на рисунке 1, который сформирован источником питания и заземлением. Там, где это возможно, могут использоваться многослойные платы с силовой и заземляющей плоскостями. Многослойная плата не только минимизирует площадь петли между источником питания и землей, но также уменьшает высокочастотное электромагнитное поле EMI, генерируемое импульсом ESD.

ESD ПЕРЧАТКИ (2)

Если многослойная плата не может быть использована, провода для линии электропередачи и заземления должны быть соединены в сетке, как показано на рисунке 2. Соединение сетки может функционировать как плоскость питания и заземления. Используйте переходные отверстия, чтобы соединить следы каждого слоя. Расстояние между соединениями должно быть в пределах 6 см в каждом направлении. Кроме того, при подключении электропитание и трассы заземления как можно ближе могут также уменьшить площадь контура, как показано на рисунке 3.

Другой способ уменьшить площадь контура и индуцировать ток - это уменьшить параллельные пути между взаимосвязанными устройствами, см. Рисунок 4.

Защитный провод можно использовать, когда необходимо использовать сигнальный кабель длиной более 30 см, как показано на фиг. Лучшим подходом является размещение пласта вблизи сигнальной линии. Когда используется сигнальная линия, она должна находиться в пределах 13 мм от линии защиты или линии заземления.

Как показано на рисунке 6, длинная сигнальная линия (> 30 см) или линия питания каждого чувствительного компонента располагаются поперек его линии заземления. Скрещенные линии должны располагаться через равные промежутки сверху вниз или слева направо.

esd розовые детские кроватки

Длина цепи подключения

Длинная сигнальная линия также может быть антенной, которая получает энергию импульса ESD. Использование как можно более короткой сигнальной линии может снизить эффективность сигнальной линии в качестве антенны электромагнитного поля от электростатического разряда.

Попробуйте разместить взаимосвязанные устройства в соседних местах, чтобы уменьшить длину взаимосвязанных следов.

Наземный заряд

Прямой разряд электростатического разряда на землю может повредить чувствительные схемы. Один или несколько высокочастотных байпасных конденсаторов также используются при использовании диодов TVS, которые размещаются между источником питания расходного компонента и землей. Обходной конденсатор уменьшает впрыск заряда и поддерживает разницу напряжения между источником питания и заземляющим портом.

TVS шунтирует индуцированный ток и поддерживает разность потенциалов напряжения зажима TVS. TVS и конденсаторы должны быть расположены как можно ближе к защищенной ИС (см. Рисунок 7). Убедитесь, что путь TVS к заземлению и длина выводов конденсатора являются наименьшими для уменьшения влияния паразитной индуктивности.

Разъем должен быть закреплен на медно-платиновом слое на печатной плате. В идеале медно-платиновый слой должен быть изолирован от плоскости заземления печатной платы и соединен с прокладкой короткой линией.

Другие рекомендации по дизайну печатных плат

1. Избегайте размещения важных сигнальных линий, таких как часы и сигналы сброса, на границе платы;

2. Установите неиспользуемую часть платы на плоскость заземления.

3. Провод заземления корпуса и сигнальная линия находятся на расстоянии не менее 4 мм друг от друга;

4. Сохраняйте соотношение сторон заземляющего провода меньше 5: 1, чтобы уменьшить эффект индуктивности;

5. Используйте диоды TVS для защиты всех внешних подключений;

Защита от паразитной индуктивности в цепи

Паразитная индуктивность в диодном тракте TVS может вызвать сильное превышение напряжения в случае возникновения электростатического разряда. Несмотря на использование TVS-диода, избыточное напряжение перегрузки все же может превышать порог напряжения повреждения защищенной ИС из-за индуцированного напряжения VL = L × di / dt на индуктивной нагрузке.

Общее напряжение, которому подвергается схема защиты, является суммой напряжения, генерируемого напряжением диодного зажима TVS и паразитной индуктивностью, VT = VC + VL. Пиковые значения тока, вызванного переходным током от электростатического разряда, менее чем за 1 нс (согласно МЭК 61000-4-2), при условии, что индуктивность свинца составляет 20 нГн на дюйм, длина линии составляет одну четверть дюйма, а напряжение перегрузки 50 В / 10 А импульса , Правило эмпирического проектирования состоит в том, чтобы минимизировать эффект паразитной индуктивности, проектируя шунтирующий путь как можно короче.

Все индуктивные пути должны учитывать контур заземления, путь между TVS и защищенной сигнальной линией и путь от разъема к устройству TVS. Защищенная сигнальная линия должна быть подключена непосредственно к заземлению. Если заземления нет, контур заземления должен быть как можно короче. Расстояние между землей диода TVS и точкой заземления защищаемой цепи должно быть как можно короче, чтобы уменьшить паразитную индуктивность плоскости заземления.

Наконец, устройство TVS должно быть как можно ближе к разъему, чтобы уменьшить переходную связь с соседними линиями. Хотя прямой путь к разъему отсутствует, этот эффект вторичного излучения может также вызвать сбои в работе других частей платы.