PCB tasarımı için ESD bastırma kriterleri
PCB düzeni ESD korumasının temel unsurlarından biridir ve makul bir PCB tasarımı, gereksiz sorun giderme ve yeniden işleme maliyetlerini azaltabilir. PCB tasarımında, ESD deşarjı nedeniyle doğrudan şarj enjeksiyonunu bastırmak için geçici voltaj bastırıcı (TVS) diyotlarının kullanılması nedeniyle, PCB tasarımında deşarj akımı tarafından üretilen elektromanyetik girişim (EMI) elektromanyetik alan etkisinin üstesinden gelmek daha önemlidir. Bu makale ESD korumasını optimize edebilecek PCB tasarım kuralları sağlayacaktır.
Devre döngü
Akım, devre halkasına endüksiyonla indüklenir ve bu halkalar kapatılır ve değişken manyetik akıya sahiptir. Akımın büyüklüğü, halkanın alanıyla orantılıdır. Daha büyük döngüler, devrede daha güçlü bir akımı indükleyen daha fazla manyetik akı içerir. Bu nedenle, ilmek alanı azaltılmalıdır.
En yaygın döngü, güç kaynağı ve toprak tarafından oluşturulan Şekil 1'de gösterilmiştir. Mümkün olduğunda, güç ve toprak düzlemlerine sahip çok katmanlı PCB tasarımları kullanılabilir. Çok katmanlı kart, sadece güç kaynağı ve toprak arasındaki döngü alanını minimize etmekle kalmaz, aynı zamanda ESD darbesi tarafından üretilen yüksek frekanslı EMI elektromanyetik alanını da azaltır.
Çok katmanlı bir kart kullanılamıyorsa, güç hattı ve topraklama kabloları Şekil 2'de gösterildiği gibi bir ızgaraya bağlanmalıdır. Izgara bağlantısı, güç ve topraklama düzlemi olarak işlev görebilir. Her katmanın izlerini bağlamak için vias kullanın. Bağlantı yolu ile her yöne 6 cm içinde olmalıdır. Ek olarak, kablolama yaparken, güç kaynağı ve toprak izleri mümkün olduğu kadar yakın olması, Şekil 3'te gösterildiği gibi döngü alanını da azaltabilir.
Döngü alanını azaltmak ve akımı indüklemenin bir başka yolu, birbirine bağlı cihazlar arasındaki paralel yolları azaltmaktır, bkz. Şekil 4.
Şekil l'de gösterildiği gibi 30 cm'den daha uzun bir sinyal kablosunun kullanılması gerektiğinde koruyucu bir tel kullanılabilir. Daha iyi bir yaklaşım, oluşumu sinyal hattının yakınına yerleştirmektir. Sinyal hattı kullanıldığında, koruma hattından veya toprak hattından 13 mm mesafede olmalıdır.
Şekil 6'da gösterildiği gibi, her hassas bileşenin uzun sinyal çizgisi (> 30 cm) veya güç çizgisi toprak çizgisi boyunca yerleştirilir. Çapraz çizgiler, yukarıdan aşağıya veya soldan sağa düzenli aralıklarla düzenlenmelidir.
Devre bağlantı uzunluğu
Uzun bir sinyal hattı, ESD nabız enerjisi alan bir anten de olabilir. Mümkün olduğu kadar kısa bir sinyal hattı kullanmak, bir ESD elektromanyetik alan anteni olarak sinyal hattının verimini düşürebilir.
Bağlantılı izlerin uzunluğunu azaltmak için birbirine bağlı cihazları bitişik konumlara yerleştirmeye çalışın.
Toprak şarjı enjeksiyonu
ESD'nin yer düzlemine doğrudan boşaltılması hassas devrelere zarar verebilir. Sarf malzemesinin güç kaynağı ile toprak arasına yerleştirilen TVS diyotları kullanılırken bir veya daha fazla yüksek frekanslı bypass kapasitörü de kullanılır. Bypass kapasitör şarj enjeksiyonunu azaltır ve güç kaynağı ile toprak portu arasındaki voltaj farkını korur.
TVS, indüklenen akımı keser ve TVS kelepçe voltajının potansiyel farkını korur. TVS ve kapasitörler, korumalı IC'ye mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir (bkz. Şekil 7). TVS'nin toprak yoluna ve kapasitör pimi uzunluğunun parazitik endüktans etkilerini azaltmak için en kısa olduğundan emin olun.
Konektör, PCB üzerindeki bakır-platin katmanına monte edilmelidir. İdeal olarak, bakır-platin tabakası PCB'nin toprak düzleminden izole edilmeli ve pete kısa bir çizgi ile bağlanmalıdır.
PCB tasarımı için diğer kurallar
1. Saatler ve sıfırlama sinyalleri gibi önemli sinyal hatlarını PCB kenarına yerleştirmekten kaçının;
2. PCB'nin kullanılmayan kısmını yer düzlemine ayarlayın
3. Şasinin topraklama kablosu ve sinyal hattı en az 4 mm aralıklıdır;
4. Endüktans etkisini azaltmak için şasi topraklama kablosunun en boy oranını 5: 1'den az tutun;
5. Tüm harici bağlantıları korumak için TVS diyotları kullanın;
Devredeki parazitik endüktansın korunması
TVS diyot yolundaki parazit endüktans, bir ESD olayı durumunda aşırı voltaj aşımına neden olabilir. Bir TVS diyotu kullanılmasına rağmen, aşırı bir aşırı voltaj, endüktif yük boyunca indüklenen voltaj VL = L x di / dt nedeniyle korunan IC'nin hasar voltaj eşiğini geçebilir.
Koruma devresinin maruz kaldığı toplam voltaj, TVS diyot kelepçe voltajı ve parazitik endüktans tarafından üretilen voltajın toplamıdır, VT = VC + VL. Bir ESD geçici indüklenen akım, ns inç başına 20 nH'lik bir kurşun endüktansı, bir çeyrek inçlik bir hat uzunluğu ve 50V / 10A atım gerilimi aşan bir varsayım varsayımıyla, 1 ns'den (IEC 61000-4-2'ye göre) azar azar. . Ampirik tasarım kuralı, şönt yolunu mümkün olduğunca kısa tasarlayarak parazitik endüktans etkisini en aza indirmektir.
Tüm endüktif yollar toprak döngüsünü, TVS ile korumalı sinyal hattı arasındaki yolu ve konektörden TVS cihazına giden yolu dikkate almalıdır. Korumalı sinyal hattı doğrudan yer düzlemine bağlanmalıdır. Zemin düzlemi yoksa, topraklama döngüsü mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır. TVS diyotunun toprağı ile korumalı devrenin toprak noktası arasındaki mesafe, yer düzleminin parazitik endüktansını azaltmak için mümkün olduğu kadar kısa olmalıdır.
Son olarak, geçici kuplajı yakın hatlara indirgemek için TVS cihazı konektöre mümkün olduğu kadar yakın olmalıdır. Konektöre doğrudan bir yol olmamasına rağmen, bu ikincil radyasyon etkisi, kartın diğer bölümlerinde de arızalara neden olabilir.
PCB düzeni ESD korumasının temel unsurlarından biridir ve makul bir PCB tasarımı, gereksiz sorun giderme ve yeniden işleme maliyetlerini azaltabilir. PCB tasarımında, ESD deşarjı nedeniyle doğrudan şarj enjeksiyonunu bastırmak için geçici voltaj bastırıcı (TVS) diyotlarının kullanılması nedeniyle, PCB tasarımında deşarj akımı tarafından üretilen elektromanyetik girişim (EMI) elektromanyetik alan etkisinin üstesinden gelmek daha önemlidir. Bu makale ESD korumasını optimize edebilecek PCB tasarım kuralları sağlayacaktır.