ESD-Unterdrückungskriterien für das PCB-Design
Das PCB-Layout ist ein Schlüsselelement des ESD-Schutzes, und ein angemessenes PCB-Design kann die unnötigen Kosten für Fehlerbehebung und Nacharbeit reduzieren. Aufgrund der Verwendung von Transient Voltage Suppressor (TVS) -Dioden zur Unterdrückung der direkten Ladungsinjektion aufgrund von ESD-Entladung ist es beim PCB-Design wichtiger, den durch den Entladungsstrom erzeugten elektromagnetischen Feldeffekt (EMI) zu überwinden. Dieser Artikel enthält Richtlinien für das PCB-Design, mit denen der ESD-Schutz optimiert werden kann.
Circuit-Schleife
Durch Induktion wird Strom in die Schaltkreisschleife induziert, und diese Schleifen sind geschlossen und weisen einen variierenden Magnetfluss auf. Die Größe des Stroms ist proportional zur Fläche des Rings. Größere Schleifen enthalten mehr Magnetfluss, wodurch der Stromkreis stärker wird. Daher muss die Schleifenfläche reduziert werden.
Die gebräuchlichste Schleife ist in Abbildung 1 dargestellt, die sich aus der Stromversorgung und Masse zusammensetzt. Wo immer möglich, können mehrschichtige PCB-Designs mit Stromversorgungs- und Erdungsebenen verwendet werden. Die Mehrschichtplatine minimiert nicht nur die Schleifenfläche zwischen Stromversorgung und Masse, sondern reduziert auch das durch den ESD-Impuls erzeugte elektromagnetische Hochfrequenz-EMI-Feld.
Wenn eine Multilayer-Platine nicht verwendet werden kann, müssen die Drähte für die Stromleitung und die Erdung wie in Abbildung 2 gezeigt in einem Netz verbunden werden. Die Netzverbindung kann als Strom- und Erdungsebene fungieren. Verwenden Sie Durchkontaktierungen, um die Spuren jeder Ebene zu verbinden. Der Durchkontaktierungsabstand sollte in jeder Richtung innerhalb von 6 cm liegen. Darüber hinaus können bei der Verkabelung die Stromversorgungs- und Erdungsspuren so nah wie möglich an der Schleifenfläche liegen, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Eine andere Möglichkeit, die Schleifenfläche zu verringern und Strom zu induzieren, besteht darin, parallele Pfade zwischen miteinander verbundenen Geräten zu verringern (siehe Abbildung 4).
Ein Schutzdraht kann verwendet werden, wenn ein Signalkabel verwendet werden muss, das länger als 30 cm ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Ein besserer Ansatz besteht darin, die Formation in der Nähe der Signalleitung zu platzieren. Wenn die Signalleitung verwendet wird, sollte sie innerhalb von 13 mm von der Schutzleitung oder der Masseleitung liegen.
Wie in Abbildung 6 gezeigt, ist die lange Signalleitung (> 30 cm) oder die Stromleitung jeder empfindlichen Komponente über der Masseleitung angeordnet. Gekreuzte Linien müssen in regelmäßigen Abständen von oben nach unten oder von links nach rechts angeordnet werden.
Schaltungsverbindungslänge
Eine lange Signalleitung kann auch eine Antenne sein, die ESD-Impulsenergie empfängt. Die Verwendung einer möglichst kurzen Signalleitung kann die Effizienz der Signalleitung als ESD-Antenne für elektromagnetische Felder verringern.
Versuchen Sie, die miteinander verbundenen Geräte an benachbarten Orten zu platzieren, um die Länge der miteinander verbundenen Leiterbahnen zu verringern.
Grundladungsinjektion
Direkte Entladung der ESD auf die Masseebene kann empfindliche Schaltkreise beschädigen. Ein oder mehrere Hochfrequenz-Bypass-Kondensatoren werden auch bei Verwendung der TVS-Dioden verwendet, die zwischen der Stromversorgung der Verbrauchsgüterkomponente und der Erde angeordnet sind. Der Überbrückungskondensator reduziert die Ladungsinjektion und hält die Spannungsdifferenz zwischen der Stromversorgung und dem Erdungsanschluss aufrecht.
Das TVS überbrückt den induzierten Strom und behält die Potentialdifferenz der TVS-Klemmspannung bei. TVS und Kondensatoren sollten so nahe wie möglich am geschützten IC platziert werden (siehe Abbildung 7). Stellen Sie sicher, dass der TVS-Massepfad und die Kondensator-Pin-Länge so kurz wie möglich sind, um parasitäre Induktivitätseffekte zu reduzieren.
Der Stecker muss auf die Kupfer-Platin-Schicht auf der Leiterplatte montiert werden. Idealerweise muss die Kupfer-Platin-Schicht von der Masseebene der Leiterplatte isoliert und über eine kurze Leitung mit dem Pad verbunden werden.
Weitere Richtlinien für das PCB-Design
1. Vermeiden Sie es, wichtige Signalleitungen wie Uhren und Rücksetzsignale auf der Leiterplattenkante anzuordnen.
2. Setzen Sie den nicht verwendeten Teil der Platine auf die Masseebene
3. Das Erdungskabel des Gehäuses und die Signalleitung müssen mindestens 4 mm voneinander entfernt sein.
4. Halten Sie das Seitenverhältnis des Massekabels des Chassis kleiner als 5: 1, um den Induktivitätseffekt zu verringern.
5. Verwenden Sie TVS-Dioden, um alle externen Verbindungen zu schützen.
Schutz der parasitären Induktivität im Stromkreis
Parasitäre Induktivität im TVS-Diodenpfad kann im Falle eines ESD-Ereignisses zu einem starken Spannungsüberschwingen führen. Trotz der Verwendung einer TVS-Diode kann eine übermäßige Überspannung die Schadensspannungsschwelle des geschützten IC aufgrund der induzierten Spannung VL = L × di / dt über der induktiven Last immer noch überschreiten.
Die Gesamtspannung, der die Schutzschaltung ausgesetzt ist, ist die Summe der Spannung, die von der TVS-Diodenklemmspannung und der parasitären Induktivität erzeugt wird, VT = VC + VL. Ein durch ESD-Transienten induzierter Strom erreicht Spitzenwerte von weniger als 1 ns (gemäß IEC 61000-4-2), vorausgesetzt eine Leitungsinduktivität von 20 nH pro Zoll, eine Leitungslänge von einem Viertel Zoll und eine Überschwingungsspannung von 50 V / 10 A Impuls . Die empirische Auslegungsregel besteht darin, den Effekt der parasitären Induktivität zu minimieren, indem der Nebenschlussweg so kurz wie möglich ausgelegt wird.
Alle induktiven Pfade müssen die Erdschleife, den Pfad zwischen dem Fernsehgerät und der geschützten Signalleitung sowie den Pfad vom Anschluss zum Fernsehgerät berücksichtigen. Die geschützte Signalleitung sollte direkt mit der Erdungsebene verbunden werden. Wenn keine Masseebene vorhanden ist, sollte die Masseschleife so kurz wie möglich sein. Der Abstand zwischen der Masse der TVS-Diode und dem Massepunkt des geschützten Stromkreises sollte so kurz wie möglich sein, um die parasitäre Induktivität der Masseebene zu verringern.
Schließlich sollte sich das TVS-Gerät so nahe wie möglich am Anschluss befinden, um die vorübergehende Einkopplung in benachbarte Leitungen zu verringern. Obwohl es keinen direkten Weg zum Steckverbinder gibt, kann dieser Sekundärstrahlungseffekt auch in anderen Teilen der Platine zu Fehlfunktionen führen.
Das PCB-Layout ist ein Schlüsselelement des ESD-Schutzes, und ein angemessenes PCB-Design kann die unnötigen Kosten für Fehlerbehebung und Nacharbeit reduzieren. Aufgrund der Verwendung von Transient Voltage Suppressor (TVS) -Dioden zur Unterdrückung der direkten Ladungsinjektion aufgrund von ESD-Entladung ist es beim PCB-Design wichtiger, den durch den Entladungsstrom erzeugten elektromagnetischen Feldeffekt (EMI) zu überwinden. Dieser Artikel enthält Richtlinien für das PCB-Design, mit denen der ESD-Schutz optimiert werden kann.