ESD-undertrykkelseskriterier for PCB-design
PCB-layout er et centralt element i ESD-beskyttelse, og en rimelig PCB-design kan reducere unødvendige omkostninger ved fejlfinding og omarbejde. I PCB-design skyldes anvendelsen af transient spændings suppressor (TVS) dioder for at undertrykke direkte ladning på grund af ESD udladning, er det mere vigtigt i PCB design at overvinde elektromagnetiske interferens (EMI) elektromagnetiske felt effekt genereret af udløbsstrømmen. Denne artikel vil give retningslinjer for PCB-design, der kan optimere ESD-beskyttelse.
Kredsløkke
Strømmen induceres i kredsløbssløbet ved induktion, og disse sløjfer er lukkede og har varierende magnetisk flux. Strømmen af strømmen er proportional med ringens område. Større sløjfer indeholder mere magnetisk flux, hvilket fremkalder en stærkere strøm i kredsløbet. Derfor skal loopområdet reduceres.
Den mest almindelige sløjfe er vist i figur 1, som er dannet af strømforsyningen og jorden. Hvor det er muligt, kan flerlags PCB-konstruktioner med kraft- og jordplaner anvendes. Multilagskortet reducerer ikke kun sløjfeområdet mellem strømforsyningen og jorden, men reducerer også det højfrekvente EMI-elektromagnetiske felt genereret af ESD-puls.
Hvis et multilagskort ikke kan bruges, skal ledningerne til kraftledningen og jorden forbindes i et gitter som vist i figur 2. Gitterforbindelsen kan fungere som et kraft- og jordplan. Brug vias til at forbinde sporene af hvert lag. Viaforbindelsesafstanden skal være inden for 6 cm i hver retning. Derudover kan strømforsyningen og jordsporene så tæt som muligt ledes til at reducere sløjfeområdet som vist i figur 3.
En anden måde at reducere sløjfeområdet og fremkalde strøm er at reducere parallelle stier mellem sammenkoblede enheder, se figur 4.
En beskyttende ledning kan anvendes, når et signalkabel på over 30 cm skal anvendes som vist i fig. En bedre tilgang er at placere formationen nær signallinjen. Når signallinjen anvendes, skal den være inden for 13 mm af beskyttelseslinjen eller jordlinjen.
Som vist i figur 6 er den lange signallinie (> 30 cm) eller strømlinien af hver følsom komponent anbragt på tværs af sin jordlinie. Krydsede linjer skal arrangeres med regelmæssige mellemrum fra top til bund eller fra venstre til højre.
Kredsløbslængde
En lang signallinje kan også være en antenne, der modtager ESD pulsenergi. Brug af en kortere signallinie så meget som muligt kan reducere signallinjens effektivitet som en ESD-elektromagnetisk feltantenne.
Prøv at placere de sammenkoblede enheder på tilstødende steder for at reducere længden af de sammenkoblede spor.
Ground charge injektion
Direkte udladning af ESD til jordplanet kan beskadige følsomme kredsløb. En eller flere højfrekvente bypass kondensatorer anvendes også, når du bruger TVS dioder, som er placeret mellem strømforsyningen til forbrugsstoffet og jorden. Bypass kondensatoren reducerer ladning injektion og opretholder spændingsforskellen mellem strømforsyningen og jordporten.
TVS shunts den inducerede strøm og opretholder den potentielle forskel i TVS klemspændingen. TVS og kondensatorer skal placeres så tæt som muligt på den beskyttede IC (se figur 7). Sørg for, at TVS til jordbanen og kondensatorstiftelængden er den korteste for at reducere parasitiske induktanseffekter.
Stikket skal monteres på kobberplatinumlaget på printkortet. Ideelt set skal kobber-platinlaget isoleres fra PCB's grundplan og forbindes til puden med en kort linje.
Andre retningslinjer for PCB design
1. Undgå at arrangere vigtige signallinjer som klokker og nulstillingssignaler på printkortets kant;
2. Indstil den ubrugte del af printkortet til jordplanet
3. Chassisets jordledning og signallinjen er mindst 4 mm fra hinanden;
4. Hold forholdet mellem chassis jordledning mindre end 5: 1 for at reducere induktans effekten;
5. Brug TVS-dioder til at beskytte alle eksterne forbindelser;
Beskyttelse af parasitisk induktans i kredsløbet
Parasitisk induktans i TVS-diodens bane kan forårsage alvorlig spændingsoverskridelse i tilfælde af en ESD-hændelse. På trods af brugen af en TVS-diode kan en overdreven overspændingsspænding stadig overstige skadespændingstærsklen for det beskyttede IC på grund af den inducerede spænding VL = L × di / dt over den induktive belastning.
Den samlede spænding, som beskyttelseskredsløbet udsættes for, er summen af spændingen genereret af tvS-diode klemspændingen og den parasitiske induktans, VT = VC + VL. En ESD-forbigående induceret aktuelle toppe på mindre end 1 ns (i henhold til IEC 61000-4-2), idet der antages en blyinduktans på 20 nH pr. Tomme, en linjelængde på en fjerdedel tomme og en overspændingsspænding på 50V / 10A puls . Den empiriske designregel er at minimere den parasitiske induktanseffekt ved at designe shuntbanen så kort som muligt.
Alle induktive stier skal overveje jordsløjfen, stien mellem TVS og den beskyttede signallinje og stien fra stikket til TVS-enheden. Den beskyttede signallinie skal tilsluttes direkte til jordplanet. Hvis der ikke er noget jordplan, skal jordsløjfen være så kort som muligt. Afstanden mellem jorden på TVS-dioden og det beskyttede kredsløbs jordpunkt skal være så kort som muligt for at reducere jordplanets parasitiske induktans.
Endelig skal TVS-enheden være så tæt som muligt på stikket for at reducere forbigående kobling til nærliggende linjer. Selv om der ikke er nogen direkte vej til stikket, kan denne sekundære strålingseffekt også forårsage funktionsfejl i andre dele af brættet.
PCB-layout er et centralt element i ESD-beskyttelse, og en rimelig PCB-design kan reducere unødvendige omkostninger ved fejlfinding og omarbejde. I PCB-design skyldes anvendelsen af transient spændings suppressor (TVS) dioder for at undertrykke direkte ladning på grund af ESD udladning, er det mere vigtigt i PCB design at overvinde elektromagnetiske interferens (EMI) elektromagnetiske felt effekt genereret af udløbsstrømmen. Denne artikel vil give retningslinjer for PCB-design, der kan optimere ESD-beskyttelse.