Kriterij ESD supresije za dizajn PCB-a
PCB raspored je ključni element ESD zaštite, a razumni dizajn PCB-a može smanjiti nepotrebne troškove rješavanja problema i prerade. U dizajnu PCB-a, zbog upotrebe dioda prelaznog naponskog supresora (TVS) za suzbijanje direktnog ubrizgavanja naboja zbog ESD pražnjenja, u PCB dizajnu je važnije da se prevladaju elektromagnetska interferencija (EMI) sa efektom elektromagnetnog polja koje generiše struja pražnjenja. Ovaj članak će dati smjernice za dizajn PCB-a koje mogu optimizirati ESD zaštitu.
Circuit loop
Struja se indukuje u petlju kruga indukcijom, a ove petlje su zatvorene i imaju različit magnetski tok. Veličina struje je proporcionalna površini prstena. Veće petlje sadrže više magnetskog fluksa, koji indukuje jaču struju u krugu. Stoga se područje petlje mora smanjiti.
Najčešća petlja je prikazana na slici 1, koja se formira iz izvora napajanja i uzemljenja. Tamo gdje je to moguće, mogu se koristiti višeslojne PCB izvedbe s energetskim i uzemljenim ravninama. Višeslojna ploča ne samo da minimizira područje petlje između napajanja i uzemljenja, već i smanjuje elektromagnetno polje visoke frekvencije EMI koje generira ESD impuls.
Ako se višeslojna ploča ne može koristiti, žice za napajanje i uzemljenje moraju biti povezane u mrežu kao što je prikazano na slici 2. Priključak na mrežu može funkcionirati kao snaga i uzemljenje. Koristite vias za povezivanje tragova svakog sloja. Razmak između priključaka treba biti unutar 6 cm u svakom smjeru. Osim toga, kada se ožičenje, napajanje i tragovi uzemljenja što je moguće bliže mogu smanjiti područje petlje, kao što je prikazano na slici 3.
Drugi način da se smanji područje petlje i podstakne struja je smanjenje paralelnih putanja između međusobno povezanih uređaja, vidi sliku 4. \ t
Zaštitna žica se može koristiti kada se koristi signalni kabl duži od 30 cm, kao što je prikazano na Sl. Bolji pristup je postavljanje formacije u blizini signalne linije. Kada se koristi signalna linija, ona treba biti unutar 13 mm od zaštitne linije ili linije uzemljenja.
Kao što je prikazano na slici 6, duga signalna linija (> 30 cm) ili linija za napajanje svake osjetljive komponente je postavljena preko njegove linije uzemljenja. Prekrižene linije moraju biti raspoređene u pravilnim intervalima od vrha do dna ili lijevo na desno.
Dužina spojnog kruga
Dugačka signalna linija može biti i antena koja prima energiju ESD impulsa. Korišćenjem kraće signalne linije što je više moguće može se smanjiti efikasnost signalne linije kao ESD elektromagnetno polje antene.
Pokušajte da postavite međusobno povezane uređaje u susedne lokacije da biste smanjili dužinu međusobno povezanih tragova.
Injekcija uzemljenja
Direktno pražnjenje ESD-a na uzemljenu površinu može oštetiti osjetljivo kolo. Jedan ili više visokofrekventnih zaobilaznih kondenzatora se takođe koriste prilikom korišćenja TVS dioda, koje se nalaze između napajanja potrošne komponente i mase. Kondenzator premosnice smanjuje ubrizgavanje punjenja i održava razliku napona između napajanja i priključka za uzemljenje.
TVS odbacuje indukovanu struju i održava potencijalnu razliku napona stezaljke TVS. TVS i kondenzatori trebaju biti postavljeni što je moguće bliže zaštićenoj IC (vidi sliku 7). Osigurajte da su TVS do dužine uzemljenja i dužine pinova kondenzatora najkraći da biste smanjili efekte induktivnosti parazita.
Konektor mora biti montiran na sloj bakarne i platinske ploče. Idealno, sloj bakar-platina mora biti izoliran od ravnine zemlje PCB-a i spojen na podlogu kratkom linijom.
Ostale smjernice za dizajn PCB-a
1. Izbegavajte raspoređivanje važnih signalnih linija kao što su satovi i reset signali na rubu PCB-a;
2. Postavite neupotrebljeni dio PCB-a na uzemljenu površinu
3. Žica uzemljenja šasije i signalna linija su udaljeni najmanje 4 mm;
4. Držite omjer žice uzemljenja šasije manje od 5: 1 da biste smanjili efekt induktivnosti;
5. Koristite TVS diode za zaštitu svih vanjskih priključaka;
Zaštita parazitske induktivnosti u krugu
Parazitska induktivnost u TVS diodnom putu može uzrokovati jako prekoračenje napona u slučaju ESD događaja. Uprkos upotrebi TVS diode, preveliki napon prekoračenja može i dalje premašiti prag napona oštećenja zaštićene IC zbog indukovanog napona VL = L × di / dt preko induktivnog opterećenja.
Ukupni napon na koji je izložen zaštitni krug je suma napona koji generiše napon stezaljke TVS diode i parazitska induktivnost, VT = VC + VL. ESD prolazna indukovana struja pika u manje od 1 ns (u skladu sa IEC 61000-4-2), pretpostavljajući induktivnost olova od 20 nH po inču, dužinu linije od jedne četvrtine inča i napon prekoračenja od 50V / 10A impulsa . Empirijsko pravilo dizajna je minimiziranje efekta parazitne induktivnosti dizajniranjem skretnice što je moguće kraćim.
Sve induktivne staze moraju uzeti u obzir petlju uzemljenja, putanju između TVS i zaštićene signalne linije, i putanju od konektora do TVS uređaja. Zaštićena signalna linija bi trebala biti povezana izravno s uzemljenjem. Ako nema uzemljene ravni, uzemljenje mora biti što je moguće kraće. Razmak između tla TVS diode i točke uzemljenja zaštićenog kruga treba biti što je moguće kraći da bi se smanjila parazitska induktivnost uzemljivačke ploče.
Konačno, TVS uređaj treba da bude što bliži konektoru kako bi se smanjila prelazna sprega u obližnje linije. Iako nema direktnog puta do konektora, ovaj sekundarni efekat zračenja također može uzrokovati kvarove u drugim dijelovima ploče.
PCB raspored je ključni element ESD zaštite, a razumni dizajn PCB-a može smanjiti nepotrebne troškove rješavanja problema i prerade. U dizajnu PCB-a, zbog upotrebe dioda prelaznog naponskog supresora (TVS) za suzbijanje direktnog ubrizgavanja naboja zbog ESD pražnjenja, u PCB dizajnu je važnije da se prevladaju elektromagnetska interferencija (EMI) sa efektom elektromagnetnog polja koje generiše struja pražnjenja. Ovaj članak će dati smjernice za dizajn PCB-a koje mogu optimizirati ESD zaštitu.