Critères de suppression des décharges électrostatiques pour la conception des PCB
La disposition des circuits imprimés est un élément clé de la protection contre les décharges électrostatiques, et une conception raisonnable peut réduire les coûts inutiles de dépannage et de reprise. Dans la conception de circuits imprimés, en raison de l’utilisation de diodes de suppression de tension transitoire (TVS) pour supprimer l’injection de charges directes due à une décharge électrostatique, il est plus important dans la conception de circuits imprimés de supprimer l’effet de champ électromagnétique généré par le courant de décharge. Cet article fournit des directives de conception de circuits imprimés pouvant optimiser la protection contre les décharges électrostatiques.
Boucle de circuit
Le courant est induit dans la boucle de circuit par induction, et ces boucles sont fermées et ont un flux magnétique variable. La magnitude du courant est proportionnelle à la surface de l'anneau. Les boucles plus grandes contiennent plus de flux magnétique, ce qui induit un courant plus fort dans le circuit. Par conséquent, la zone de boucle doit être réduite.
La boucle la plus courante est représentée sur la figure 1, qui est formée par l’alimentation et la terre. Dans la mesure du possible, des conceptions multicouches de circuits imprimés avec des plans d'alimentation et de masse peuvent être utilisées. La carte multicouche minimise non seulement la zone de boucle entre l'alimentation et la terre, mais réduit également le champ électromagnétique EMI haute fréquence généré par l'impulsion ESD.
Si une carte multicouche ne peut pas être utilisée, les câbles de la ligne d'alimentation et de la terre doivent être connectés au réseau, comme indiqué à la Figure 2. La connexion au réseau peut fonctionner comme un plan d'alimentation et de masse. Utilisez des vias pour relier les traces de chaque couche. L'espacement des connexions via doit être inférieur à 6 cm dans chaque direction. De plus, lors du câblage, les traces d’alimentation et de mise à la terre aussi proches que possible peuvent également réduire la zone de boucle, comme illustré à la figure 3.
Une autre façon de réduire la zone de boucle et d’induire du courant consiste à réduire les trajets parallèles entre des périphériques interconnectés, voir la figure 4.
Un fil de protection peut être utilisé lorsqu'un câble de signal de plus de 30 cm doit être utilisé, comme illustré à la Fig. Une meilleure approche consiste à placer la formation près de la ligne de signal. Lorsque la ligne de signal est utilisée, elle doit se situer à moins de 13 mm de la ligne de protection ou de la ligne de terre.
Comme le montre la figure 6, la ligne de signal longue (> 30 cm) ou la ligne d'alimentation de chaque composant sensible est placée sur sa ligne de masse. Les lignes croisées doivent être disposées à intervalles réguliers de haut en bas ou de gauche à droite.
Longueur de connexion du circuit
Une longue ligne de signal peut également être une antenne qui reçoit une énergie d'impulsion ESD. Utiliser autant que possible une ligne de signal plus courte peut réduire l'efficacité de la ligne de signal en tant qu'antenne à champ électromagnétique ESD.
Essayez de placer les périphériques interconnectés dans des emplacements adjacents afin de réduire la longueur des traces interconnectées.
Injection de charge au sol
La décharge directe de la décharge électrostatique sur le plan de masse peut endommager les circuits sensibles. Un ou plusieurs condensateurs de dérivation à haute fréquence sont également utilisés lors de l’utilisation des diodes TVS, qui sont placées entre l’alimentation du composant consommable et la terre. Le condensateur de dérivation réduit l'injection de charge et maintient la différence de tension entre l'alimentation et le port de terre.
Le TVS shunte le courant induit et maintient la différence de potentiel de la tension de blocage du TVS. Les TVS et les condensateurs doivent être placés aussi près que possible du circuit intégré protégé (voir Figure 7). Assurez-vous que le chemin du TVS au sol et la longueur de la broche du condensateur sont les plus courts possibles pour réduire les effets inductifs parasites.
Le connecteur doit être monté sur la couche de cuivre et de platine du circuit imprimé. Idéalement, la couche de cuivre-platine doit être isolée du plan de masse du circuit imprimé et reliée au plot par une ligne courte.
Autres directives pour la conception de PCB
1. Évitez d’arranger des lignes de signal importantes telles que des horloges et de réinitialiser les signaux sur le bord de la carte à circuit imprimé;
2. Placez la partie non utilisée du circuit imprimé sur le plan de masse
3. Le fil de terre du châssis et la ligne de signal sont distants d'au moins 4 mm;
4. Conservez un rapport hauteur / largeur du fil de terre du châssis inférieur à 5: 1 pour réduire l'effet d'inductance.
5. Utilisez des diodes TVS pour protéger toutes les connexions externes;
Protection de l'inductance parasite dans le circuit
Une inductance parasite dans le chemin de la diode TVS peut provoquer un dépassement important de la tension en cas d'événement de décharge électrostatique. Malgré l'utilisation d'une diode TVS, une tension de dépassement excessive peut toujours dépasser le seuil de tension de dommage du circuit intégré protégé en raison de la tension induite VL = L × di / dt aux bornes de la charge inductive.
La tension totale à laquelle le circuit de protection est soumis est la somme de la tension générée par la tension de blocage de la diode TVS et de l'inductance parasite, VT = VC + VL. Un courant transitoire induit par les décharges électrostatiques (ESD) atteint moins de 1 ns (conformément à la norme CEI 61000-4-2), en supposant une inductance de dérivation de 20 nH par pouce, une longueur de ligne d'un quart de pouce et une tension de dépassement de 50 V / 10 A . La règle de conception empirique consiste à minimiser l'effet d'inductance parasite en concevant le chemin de dérivation le plus court possible.
Tous les chemins inductifs doivent prendre en compte la boucle de masse, le chemin entre le TVS et la ligne de signal protégée, ainsi que le chemin du connecteur au périphérique TVS. La ligne de signal protégée doit être connectée directement au plan de masse. S'il n'y a pas de plan de masse, la boucle de masse doit être aussi courte que possible. La distance entre la masse de la diode TVS et le point de masse du circuit protégé doit être aussi courte que possible pour réduire l'inductance parasite du plan de masse.
Enfin, le périphérique TVS doit être aussi proche que possible du connecteur afin de réduire le couplage transitoire aux lignes voisines. Bien qu'il n'y ait pas de chemin direct vers le connecteur, cet effet de rayonnement secondaire peut également causer des dysfonctionnements dans d'autres parties de la carte.
La disposition des circuits imprimés est un élément clé de la protection contre les décharges électrostatiques, et une conception raisonnable peut réduire les coûts inutiles de dépannage et de reprise. Dans la conception de circuits imprimés, en raison de l’utilisation de diodes de suppression de tension transitoire (TVS) pour supprimer l’injection de charges directes due à une décharge électrostatique, il est plus important dans la conception de circuits imprimés de supprimer l’effet de champ électromagnétique généré par le courant de décharge. Cet article fournit des directives de conception de circuits imprimés pouvant optimiser la protection contre les décharges électrostatiques.