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PCB placa ESD protección de diseño de circuito de intercambio de experiencias

2019-03-20 02:12:56
La electricidad estática desde el interior del cuerpo humano, el medio ambiente e incluso los dispositivos electrónicos puede causar diversos daños a los delicados chips semiconductores, como la penetración de una capa aislante delgada dentro del componente; dañar las puertas de los componentes MOSFET y CMOS; y flip-flops en dispositivos CMOS Unión PN reversa en cortocircuito; cortocircuito hacia adelante de la unión PN; fusión de la línea de soldadura o alambre de aluminio dentro del dispositivo activo. Para eliminar la interferencia y la destrucción de dispositivos electrónicos por descarga electrostática (ESD), se necesitan varios medios técnicos para prevenirlos.




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En el diseño de la placa PCB, el diseño anti-ESD de la PCB se puede realizar mediante capas, diseño e instalación adecuados. En el proceso de diseño, la mayoría de las modificaciones de diseño pueden limitarse a aumentar o disminuir componentes a través de la predicción. ESD puede protegerse bien ajustando el diseño de la PCB. Aquí hay algunas precauciones comunes.


Recientemente, he estado haciendo pruebas ESD de productos electrónicos. A partir de los resultados de las pruebas de diferentes productos, descubrí que esta ESD es una prueba muy importante: si el diseño de la placa no es bueno, cuando se introduce la electricidad estática, el producto se estrellará o incluso los componentes. Dañar. Anteriormente, solo noté que la ESD dañaría los componentes, no esperaba que se prestara suficiente atención a los productos electrónicos.
ESD, también conocida como descarga electroestática. Se sabe por el conocimiento aprendido que la electricidad estática es un fenómeno natural, generalmente producido por contacto, fricción e inducción entre aparatos eléctricos. Se caracteriza por la acumulación a largo plazo y el alto voltaje (que puede generar electricidad estática de varios miles de voltios o incluso decenas de miles de voltios). ), baja potencia, baja corriente y corta duración de acción. Para los productos electrónicos, si el diseño de ESD no está diseñado, a menudo causa un funcionamiento inestable o incluso daños a los productos electrónicos y eléctricos.


Dos métodos se usan comúnmente en las pruebas de descarga ESD: descarga de contacto y descarga de aire.
La descarga de contacto es la descarga directa del dispositivo a probar; La descarga de aire también se llama descarga indirecta, que es el acoplamiento de un campo magnético fuerte al bucle de corriente adyacente. El voltaje de prueba para estas dos pruebas es generalmente 2KV-8KV, que es diferente en diferentes regiones. Por lo tanto, antes de diseñar, primero debemos entender el mercado al que se dirige el producto.


Los dos casos anteriores son pruebas básicas para el cuerpo humano cuando el producto electrónico está en contacto con el producto electrónico debido a la carga humana u otras razones. La siguiente tabla muestra las estadísticas de humedad del aire para algunas regiones en diferentes meses del año. Se puede ver en la imagen que Lasvegas tiene la menor humedad a lo largo del año, y que la electrónica en la región debe prestar especial atención a la protección contra la EDS.


La humedad varía de un lugar a otro en todo el mundo, pero al mismo tiempo, en un área, si la humedad del aire es diferente, la electricidad estática generada será diferente. La siguiente tabla son los datos recopilados, de los cuales se puede ver que la electricidad estática aumenta a medida que disminuye la humedad del aire. Esto también indica indirectamente la razón por la cual la chispa estática generada al quitarse el suéter es muy grande en el invierno en el norte.
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Como la electricidad estática es tan dañina, ¿cómo podemos protegerla? Cuando se realiza un diseño de protección electrostática, generalmente tomamos tres pasos: evitamos que la carga externa fluya hacia el tablero de circuitos y cause daños; evitar que el campo magnético externo dañe la placa de circuitos; y evitar el daño causado por el campo electrostático.




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En el diseño del circuito real, usaremos uno o varios de los siguientes métodos para la protección electrostática:


1. Diodo de avalancha para protección electrostática.
Este es también un método a menudo utilizado en el diseño. Un enfoque típico es conectar un diodo de avalancha al suelo en una línea de señal crítica. El método utiliza la capacidad de los diodos de avalancha para responder rápidamente y tiene una sujeción estable, que puede consumir el alto voltaje acumulado en un corto período de tiempo para proteger la placa.


2, usando condensadores de alto voltaje para protección de circuitos
Este método generalmente coloca un capacitor cerámico con un voltaje de resistencia de al menos 1.5KV en la posición del conector de E / S o la señal de la llave, mientras que la línea de conexión es lo más corta posible para reducir la inductancia de la línea de conexión. Si se usa un capacitor con bajo voltaje de resistencia, causará daños al capacitor y perderá su protección.


3, usando perlas de ferrita para la protección del circuito
Las perlas de ferrita pueden atenuar bien la corriente ESD y también suprimir la radiación. Cuando se enfrente a dos problemas, una cuenta de ferrita será una muy buena opción.


4, metodo de chispa
Este método se ve en un material que consiste en una capa de micro-correas hechas de cobre, que se compone de cobre triangular con extremos puntiagudos. El cobre triangular está conectado en un extremo a la línea de señal y el otro es de cobre. Conectado al suelo. Cuando hay electricidad estática, se genera una descarga de punta para consumir energía eléctrica.


5, utilizando el método de filtro LC para proteger el circuito
El filtro compuesto por LC puede reducir efectivamente la electricidad estática de alta frecuencia que ingresa al circuito. La reactancia inductiva del inductor es muy buena para evitar que la ESD de alta frecuencia ingrese al circuito, y el condensador desvía la energía de alta frecuencia de la ESD a tierra. Al mismo tiempo, este tipo de filtro también puede redondear el borde de la señal con un pequeño efecto de RF, y el aspecto del rendimiento ha mejorado aún más en la integridad de la señal.


6, tablero de múltiples capas para la protección ESD
La elección de tableros de múltiples capas también es un medio para prevenir eficazmente la ESD cuando los fondos lo permiten. En las placas multicapa, la ESD se acopla más rápidamente al plano de baja impedancia debido a un plano de tierra completo cercano a las trazas, lo que protege las señales críticas.


7. Método de protección de la periferia de la placa de circuito.
Este método generalmente dibuja trazas alrededor del tablero sin una capa de soldadura. Conecte la traza al gabinete según lo permitan las condiciones, y tenga en cuenta que la traza no forma un bucle cerrado, lo que evita la introducción de una antena de bucle e introduce mayores problemas.


8. Protección de circuitos utilizando dispositivos CMOS con diodos de sujeción o dispositivos TTL
Este método utiliza el principio de aislamiento para la protección del tablero. Debido a que estos dispositivos están protegidos por diodos de sujeción, la complejidad del diseño se reduce en el diseño del circuito real.


9, más condensadores de desacoplamiento
Estos condensadores de desacoplamiento tienen valores bajos de ESL y ESR. Para ESD de baja frecuencia, el condensador de desacoplamiento reduce el área del bucle. Debido al efecto ESL, el electrolito se debilita, lo que puede filtrar mejor la energía de alta frecuencia. .



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En resumen, aunque la EDS es terrible, incluso puede tener graves consecuencias. Sin embargo, solo al proteger la fuente de alimentación y las líneas de señal en el circuito, es posible evitar efectivamente que la corriente ESD fluya hacia la PCB. Entre ellos, mi jefe solía decir que "una buena base de una junta es el rey". Espero que esta oración también pueda traerle el efecto de romper el tragaluz.