PCB konstrukcijos ESD slopinimo kriterijai
PCB išdėstymas yra pagrindinis ESD apsaugos elementas, o protingas PCB dizainas gali sumažinti nereikalingas išlaidas, susijusias su trikčių šalinimu ir perdirbimu. PCB konstrukcijoje dėl trumpalaikio įtampos slopintuvo (TVS) diodų, skirtų slopinti tiesioginio įkrovimo įpurškimą dėl ESD išlydžio, PCB konstrukcijoje svarbiau įveikti elektromagnetinio trikdžių (EMI) elektromagnetinio lauko poveikį, kurį sukelia iškrovos srovė. Šiame straipsnyje bus pateiktos PCB projektavimo gairės, kuriomis galima optimizuoti ESD apsaugą.
Grandinės kilpa
Srovė įsijungia į grandinės kilpą indukcijos būdu, ir šios kilpos uždaromos ir turi skirtingą magnetinį srautą. Srovės dydis yra proporcingas žiedo plotui. Didesnėse kilpose yra daugiau magnetinio srauto, kuris sukelia stipresnę srovę grandinėje. Todėl linijos sritis turi būti sumažinta.
Dažniausia kilpa yra parodyta 1 paveiksle, kurią sudaro maitinimas ir žemė. Jei įmanoma, galima naudoti daugiasluoksnės PCB konstrukcijas su galios ir žemės plokštumomis. Daugiasluoksnė plokštė ne tik sumažina kontūro zoną tarp maitinimo šaltinio ir žemės, bet taip pat sumažina aukšto dažnio EMI elektromagnetinį lauką, kurį generuoja ESD impulsas.
Jei negalima naudoti daugiasluoksnės plokštės, elektros laido ir žemės laidai turi būti prijungti tinklelyje, kaip parodyta 2 paveiksle. Tinklo jungtis gali veikti kaip maitinimo ir žemės plokštuma. Naudokite vias, kad prijungtumėte kiekvieno sluoksnio pėdsakus. Tarpinis tarpas turi būti 6 cm atstumu kiekvienoje kryptimi. Be to, kai laidai, maitinimo ir žemės pėdsakai kuo arčiau, taip pat gali sumažinti linijos plotą, kaip parodyta 3 paveiksle.
Kitas būdas sumažinti kilpos zoną ir paskatinti srovę yra sumažinti lygiagrečius kelius tarp tarpusavyje sujungtų prietaisų, žr. 4 paveikslą.
Apsauginį laidą galima naudoti, kai reikia naudoti ilgesnį nei 30 cm signalo kabelį, kaip parodyta Fig. Geresnis požiūris yra formuoti formavimąsi šalia signalo linijos. Kai naudojama signalinė linija, ji turi būti 13 mm atstumu nuo apsauginės linijos ar žemės linijos.
Kaip parodyta 6 paveiksle, ilgoji signalinė linija (> 30 cm) arba kiekvienos jautrios sudedamosios dalies elektros linija yra išdėstyta per savo pagrindinę liniją. Kryžminės linijos turi būti išdėstytos reguliariais intervalais nuo viršaus iki apačios arba iš kairės į dešinę.
Grandinės jungties ilgis
Ilga signalinė linija taip pat gali būti antena, kuri gauna ESD impulso energiją. Jei įmanoma, trumpesnės signalinės linijos naudojimas gali sumažinti signalo linijos kaip ESD elektromagnetinio lauko antenos efektyvumą.
Stenkitės sujungti tarpusavyje esančius įrenginius, kad sumažintumėte tarpusavyje susijusių pėdsakų ilgį.
Įžeminimo įkrova
Tiesioginis ESD išleidimas į įžeminimo plokštę gali sugadinti jautrią grandinę. Vienas ar keli aukšto dažnio aplinkkelio kondensatoriai taip pat naudojami naudojant TVS diodus, kurie yra tarp maitinamojo komponento ir žemės. Perdavimo kondensatorius sumažina įkrovimą ir palaiko įtampos skirtumą tarp maitinimo šaltinio ir žemės prievado.
TVS nukreipia sukeltą srovę ir palaiko galimą TVS gnybto įtampos skirtumą. TVS ir kondensatoriai turėtų būti kuo arčiau saugomo IC (žr. 7 pav.). Įsitikinkite, kad TVS į žemę ir kondensatoriaus kaiščio ilgį yra trumpiausias, kad būtų sumažintas parazitinių induktyvumo efektas.
Jungtis turi būti pritvirtinta prie PCB vario-platinos sluoksnio. Idealiu atveju vario-platinos sluoksnis turi būti izoliuotas nuo PCB žemės plokštumos ir sujungtas su trinkelėmis trumpąja linija.
Kitos PCB projektavimo gairės
1. Venkite rengti svarbias signalines linijas, tokias kaip laikrodžiai ir iš naujo nustatyti signalus ant PCB krašto;
2. Nenaudotą PCB dalį nustatykite į plokštumą
3. Važiuoklės antžeminė viela ir signalinė linija yra mažiausiai 4 mm atstumu;
4. Kad sumažintumėte induktyvumo efektą, išlaikykite važiuoklės žemės laido kraštinių santykį mažiau nei 5: 1;
5. Naudokite TVS diodus, kad apsaugotumėte visas išorines jungtis;
Parazitinių induktyvumo apsauga grandinėje
Parazitinis induktyvumas TVS diodo kelyje gali sukelti didelį įtampos viršijimą ESD įvykio atveju. Nepaisant TVS diodo naudojimo, pernelyg didelė viršijimo įtampa vis tiek gali viršyti apsaugotos IC žalos įtampos slenkstį dėl indukcinės apkrovos sukeltos įtampos VL = L × di / dt.
Bendra įtampa, kuriai taikoma apsauginė grandinė, yra TVS diodų gnybto įtampos ir parazitinio induktyvumo, VT = VC + VL, įtampos suma. ESD trumpalaikis sukeltas srovės smailės yra mažesnės nei 1 ns (pagal IEC 61000-4-2), darant prielaidą, kad švino induktyvumas yra 20 nH colyje, linijos ilgis yra 1/4 colio ir viršijimo įtampa 50V / 10A impulsas . Empirinė projektavimo taisyklė yra sumažinti parazitinio induktyvumo efektą, sukuriant kuo trumpesnį šuntavimo kelią.
Visi indukciniai keliai turi atsižvelgti į žemės kilpą, kelią tarp TVS ir saugomos signalinės linijos, ir kelią nuo jungties prie TVS įrenginio. Saugoma signalinė linija turi būti prijungta tiesiai prie įžeminimo plokštės. Jei nėra plokštumos, žemės kilpa turi būti kuo trumpesnė. Atstumas tarp TVS diodo žemės ir saugomos grandinės pagrindo turi būti kuo trumpesnis, kad būtų sumažintas antžeminės plokštumos parazitinis induktyvumas.
Galiausiai, TVS įrenginys turėtų būti kuo arčiau jungties, kad sumažintų trumpalaikį sukabinimą į netoliese esančias linijas. Nors nėra tiesioginio kelio į jungtį, šis antrinis spinduliuotės efektas taip pat gali sukelti sutrikimus kitose plokštės dalyse.
PCB išdėstymas yra pagrindinis ESD apsaugos elementas, o protingas PCB dizainas gali sumažinti nereikalingas išlaidas, susijusias su trikčių šalinimu ir perdirbimu. PCB konstrukcijoje dėl trumpalaikio įtampos slopintuvo (TVS) diodų, skirtų slopinti tiesioginio įkrovimo įpurškimą dėl ESD išlydžio, PCB konstrukcijoje svarbiau įveikti elektromagnetinio trikdžių (EMI) elektromagnetinio lauko poveikį, kurį sukelia iškrovos srovė. Šiame straipsnyje bus pateiktos PCB projektavimo gairės, kuriomis galima optimizuoti ESD apsaugą.