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Partage d'expérience de conception de circuit de protection ESD de carte de circuit imprimé

L’électricité statique provenant du corps humain, de l’environnement et même de dispositifs électroniques peut causer divers dommages aux puces semi-conductrices délicates, telles que la pénétration d’une mince couche isolante à l’intérieur du composant; endommager les grilles des composants MOSFET et CMOS; et bascules dans les dispositifs CMOS Jonction PN inversée de court-circuit; jonction PN polarisée en direct vers le court-circuit; fonte de la ligne de soudure ou du fil d’aluminium à l’intérieur du dispositif actif. Afin d’éliminer les interférences et la destruction des appareils électroniques par décharge électrostatique (ESD), divers moyens techniques sont nécessaires pour les prévenir.




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Dans la conception de la carte de circuit imprimé, la conception anti-ESD de la carte peut être réalisée par une superposition, une disposition et une installation appropriées. Dans le processus de conception, la plupart des modifications de conception peuvent être limitées à des composants croissants ou décroissants par prédiction. Les décharges électrostatiques peuvent être bien protégées en ajustant la disposition du circuit imprimé. Voici quelques précautions courantes.


Récemment, j'ai testé ESD sur des produits électroniques. D'après les résultats des tests de différents produits, j'ai découvert que cette ESD est un test très important: si la conception de la carte n'est pas bonne, au moment de l'introduction de l'électricité statique, le produit tombera en panne, voire les composants. Dommage. Auparavant, j'avais seulement remarqué que l'ESD endommagerait des composants, je ne m'attendais pas à ce qu'une attention suffisante soit accordée aux produits électroniques.
ESD, également connu sous le nom de décharge électrostatique. Les connaissances acquises montrent que l’électricité statique est un phénomène naturel, généralement produit par contact, frottement et induction entre appareils électriques. Il se caractérise par une accumulation à long terme et une tension élevée (pouvant générer de l’électricité statique de plusieurs milliers de volts, voire des dizaines de milliers de volts). ), faible puissance, faible courant et courte durée d’action. Pour les produits électroniques, si la conception ESD n’est pas conçue, cela entraîne souvent un fonctionnement instable, voire des dommages aux produits électroniques et électriques.


Deux méthodes sont couramment utilisées dans les tests de décharge ESD: la décharge par contact et la décharge dans l'air.
La décharge par contact est la décharge directe de l'appareil à tester; la décharge d'air est également appelée décharge indirecte, qui est le couplage d'un champ magnétique puissant à la boucle de courant adjacente. La tension de test pour ces deux tests est généralement de 2KV-8KV, ce qui est différent dans des régions différentes. Par conséquent, avant de concevoir, nous devons d'abord comprendre le marché ciblé par le produit.


Les deux cas ci-dessus sont des tests de base pour le corps humain lorsque le produit électronique est en contact avec le produit électronique pour des raisons de charge humaine ou pour d'autres raisons. Le graphique ci-dessous montre les statistiques d'humidité de l'air pour certaines régions au cours de différents mois de l'année. On peut voir sur la photo que Lasvegas a le moins d'humidité de l'année, et que les composants électroniques de la région devraient accorder une attention particulière à la protection des décharges électrostatiques.


L’humidité varie d’un endroit à l’autre dans le monde, mais simultanément, si l’humidité de l’air est différente, l’électricité statique générée sera différente. Le tableau suivant présente les données collectées, à partir desquelles on peut voir que l’électricité statique devient plus importante à mesure que l’humidité de l’air diminue. Cela indique aussi indirectement la raison pour laquelle l’étincelle statique générée lors du décollage du chandail est très importante en hiver dans le nord.
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Puisque l'électricité statique est si nocive, comment pouvons-nous la protéger? Lors de la conception de la protection électrostatique, nous prenons généralement trois mesures: empêcher la charge externe de pénétrer dans la carte de circuit imprimé et de l'endommager; empêcher le champ magnétique externe d'endommager le circuit imprimé; et prévenir les dommages causés par le champ électrostatique.




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Dans la conception même du circuit, nous utiliserons une ou plusieurs des méthodes suivantes pour la protection électrostatique:


1. Diode à avalanche pour la protection électrostatique
C'est aussi une méthode souvent utilisée dans la conception. Une approche typique consiste à connecter une diode à avalanche au sol dans une ligne de signal critique. Le procédé utilise la capacité des diodes à avalanche à réagir rapidement et offre un blocage stable, qui peut consommer la haute tension accumulée en un court laps de temps pour protéger la carte.


2, utilisant des condensateurs haute tension pour la protection de circuit
Cette méthode place généralement un condensateur céramique avec une tension de maintien d'au moins 1,5 kV à la position du connecteur d'E / S ou du signal de touche, tandis que la ligne de connexion est aussi courte que possible pour réduire l'inductance de la ligne de connexion. Si un condensateur avec une tension de tenue faible est utilisé, il sera endommagé et la protection perdue.


3, en utilisant des perles de ferrite pour la protection de circuit
Les billes de ferrite peuvent bien atténuer le courant de décharge électrostatique et également supprimer les radiations. Face à deux problèmes, une perle de ferrite sera un très bon choix.


4, méthode éclateur
Cette méthode s’observe dans un matériau constitué d’une couche de micro-courroies en cuivre constituée de cuivre triangulaire à extrémités pointues. Le cuivre triangulaire est connecté à une extrémité à la ligne de signal et l’autre est en cuivre. Connecté au sol. Lorsqu'il y a de l'électricité statique, une décharge d'extrémité est générée pour consommer de l'énergie électrique.


5, utilisant la méthode du filtre LC pour protéger le circuit
Le filtre composé de LC peut réduire efficacement l’électricité statique haute fréquence entrant dans le circuit. La réactance inductive de l'inducteur empêche très bien l'ESD haute fréquence de pénétrer dans le circuit, et le condensateur shunte l'énergie haute fréquence de l'ESD au sol. Dans le même temps, ce type de filtre peut également contourner le bord du signal avec un faible effet RF et l'aspect performance a encore été amélioré en termes d'intégrité du signal.


6, panneau multicouche pour la protection ESD
Le choix de panneaux multicouches est également un moyen de prévenir efficacement l’EDD lorsque les fonds le permettent. Dans les cartes multicouches, les décharges électrostatiques (ESD) sont plus rapidement couplées au plan à faible impédance grâce à un plan de masse complet proche des traces, protégeant ainsi les signaux critiques.


7. Méthode de protection de la périphérie du circuit imprimé
Cette méthode trace généralement des traces autour de la carte sans couche de soudure. Connectez la trace à l'enceinte lorsque les conditions le permettent et notez que la trace ne forme pas une boucle fermée, ce qui évite l'introduction d'une antenne cadre et crée des problèmes plus importants.


8. Protection des circuits avec des dispositifs CMOS avec des diodes à pince ou des dispositifs TTL
Cette méthode utilise le principe de l'isolement pour la protection de la carte. Étant donné que ces dispositifs sont protégés par des diodes à pince, la conception du circuit est moins complexe.


9, plus de condensateurs de découplage
Ces condensateurs de découplage ont des valeurs ESL et ESR faibles. Pour les ESD basse fréquence, le condensateur de découplage réduit la zone de boucle. En raison de l'effet ESL, l'électrolyte est affaibli, ce qui permet de mieux filtrer l'énergie haute fréquence. .



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En bref, bien que l’EDD soit terrible, elle peut même avoir de graves conséquences. Cependant, ce n'est qu'en protégeant l'alimentation et les lignes de signal sur le circuit qu'il est possible d'empêcher efficacement le courant de décharge électrostatique de circuler dans le circuit imprimé. Parmi eux, mon patron a souvent dit qu '"une bonne base d'un conseil d'administration est roi". J'espère que cette phrase pourra également vous apporter l'effet de casser la lucarne.

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