ESD-undertrykkelseskriterier for PCB-design
PCB-oppsett er et viktig element i ESD-beskyttelse, og en rimelig PCB-design kan redusere unødvendig kostnad ved feilsøking og omarbeid. I PCB-design, på grunn av bruk av transient spennings suppressor (TVS) dioder for å undertrykke direkte ladning injeksjon på grunn av ESD utladning, er det viktigere i PCB design for å overvinne elektromagnetisk interferens (EMI) elektromagnetiske felt effekt generert av utladningsstrømmen. Denne artikkelen vil gi retningslinjer for PCB-design som kan optimalisere ESD-beskyttelse.
Kretsløkke
Strømmen induseres i kretsløkken ved induksjon, og disse sløyfer er stengt og har varierende magnetisk fluss. Strømmen av strømmen er proporsjonal med ringenes område. Større sløyfer inneholder mer magnetisk flux, noe som induserer en sterkere strøm i kretsen. Derfor må sløyfeområdet reduseres.
Den vanligste sløyfen er vist på figur 1, som dannes av strømforsyningen og bakken. Når det er mulig, kan flerlags PCB-konstruksjoner med kraft- og jordplaner brukes. Multilagskortet reduserer ikke bare sløyfeområdet mellom strømforsyningen og bakken, men reduserer også det høyfrekvente EMI-elektromagnetiske feltet som genereres av ESD-puls.
Hvis et flerlagsbrett ikke kan brukes, må ledningene til kraftledningen og bakken kobles i et rutenett som vist på figur 2. Rutenettforbindelsen kan fungere som kraft- og jordplan. Bruk vias til å koble sporene til hvert lag. Mellomforbindelsesavstanden skal være innenfor 6 cm i hver retning. I tillegg kan strømforsyningen og jordsporene så nær som mulig redusere sløyfeområdet, som vist på figur 3.
En annen måte å redusere sløyfeområdet på og fremkalle strøm er å redusere parallelle baner mellom sammenkoblede enheter, se figur 4.
En beskyttende ledning kan brukes når en signalkabel lengre enn 30 cm må brukes, som vist på fig. En bedre tilnærming er å plassere formasjonen nær signallinjen. Når signallinjen brukes, skal den være innenfor 13 mm av beskyttelseslinjen eller jordlinjen.
Som vist i figur 6, er den lange signallinjen (> 30 cm) eller strømlinjen til hver sensitiv komponent plassert over sin jordlinje. Kryssede linjer må ordnes med jevne mellomrom fra topp til bunn eller fra venstre til høyre.
Kretskoblingslengde
En lang signallinje kan også være en antenne som mottar ESD pulsenergi. Bruke en kortere signallinje så mye som mulig kan redusere signallinjens effektivitet som en ESD-elektromagnetisk feltantenne.
Prøv å plassere de sammenkoblede enhetene i tilstøtende steder for å redusere lengden på de sammenkoblede sporene.
Bunnladningsinjeksjon
Direkte utslipp av ESD til bakken kan skade følsom krets. En eller flere bypasskondensatorer med høy frekvens brukes også når du bruker TVS-diodene, som er plassert mellom strømforsyningen til forbruksdelen og bakken. Bypass kondensatoren reduserer ladningsinnsprøytningen og opprettholder spenningsforskjellen mellom strømforsyningen og bakken.
TVS shunts den induserte strømmen og opprettholder den potensielle forskjellen i TVS klemspenningen. TVS og kondensatorer skal plasseres så nært som mulig til den beskyttede IC-en (se figur 7). Forsikre deg om at TVS til jordbanen og kondensatorpennlengden er den korteste for å redusere parasittiske induktanseffekter.
Koblingen må monteres på kobber-platina laget på PCB. Ideelt sett må kobberplatina laget isoleres fra PCBs bakkeplan og kobles til puten med en kort linje.
Andre retningslinjer for PCB-design
1. Unngå å ordne viktige signallinjer som klokker og tilbakestillingssignaler på PCB-kanten;
2. Sett ubrukt del av PCB-en til bakken
3. Bakken på chassiset og signallinjen er minst 4 mm fra hverandre;
4. Hold forholdet mellom chassisjordledningen mindre enn 5: 1 for å redusere induktanseffekten;
5. Bruk TVS-dioder for å beskytte alle eksterne tilkoblinger;
Beskyttelse av parasittisk induktans i kretsen
Parasittisk induktans i TVS-diodebanen kan forårsake alvorlig spenningsoverskridelse i tilfelle en ESD-hendelse. Til tross for bruk av en TVS-diode kan en overdreven overspenningsspenning fortsatt overstige skadespenningsgrensen til den beskyttede IC på grunn av den induserte spenningen VL = L × di / dt over den induktive belastningen.
Den totale spenningen som beskyttelseskretsen er utsatt for, er summen av spenningen generert av TVS-diode klemspenningen og den parasitære induktansen VT = VC + VL. En ESD-forbigående induksjonstrømspaks på mindre enn 1 ns (i henhold til IEC 61000-4-2), antas en ledningsinduktans på 20 nH per tomme, en linjelengde på en fjerdedel tommer og en overspenningsspenning på 50V / 10A puls . Den empiriske designregelen er å minimere den parasittiske induktanseffekten ved å designe shuntbanen så kort som mulig.
Alle induktive stier må vurdere bakken, stien mellom TVS og den beskyttede signallinjen, og banen fra kontakten til TVS-enheten. Den beskyttede signallinjen skal kobles direkte til bakken. Hvis det ikke er jordplan, bør bakken være så kort som mulig. Avstanden mellom bakken på TVS-dioden og bakken på den beskyttede kretsen bør være så kort som mulig for å redusere den parasitære induktansen til bakken.
Endelig bør TVS-enheten være så nærkontakt som mulig for å redusere forbigående kopling til nærliggende linjer. Selv om det ikke er noen direkte bane til kontakten, kan denne sekundære stråleeffekten også forårsake funksjonsfeil i andre deler av brettet.
PCB-oppsett er et viktig element i ESD-beskyttelse, og en rimelig PCB-design kan redusere unødvendig kostnad ved feilsøking og omarbeid. I PCB-design, på grunn av bruk av transient spennings suppressor (TVS) dioder for å undertrykke direkte ladning injeksjon på grunn av ESD utladning, er det viktigere i PCB design for å overvinne elektromagnetisk interferens (EMI) elektromagnetiske felt effekt generert av utladningsstrømmen. Denne artikkelen vil gi retningslinjer for PCB-design som kan optimalisere ESD-beskyttelse.