Kriteria penindasan ESD untuk desain PCB
Tata letak PCB adalah elemen kunci perlindungan ESD, dan desain PCB yang wajar dapat mengurangi biaya pemecahan masalah dan pengerjaan ulang yang tidak perlu. Dalam desain PCB, karena penggunaan dioda penekan tegangan transien (TVS) untuk menekan injeksi muatan langsung karena pelepasan ESD, lebih penting dalam desain PCB untuk mengatasi efek medan elektromagnetik interferensi elektromagnetik (EMI) yang dihasilkan oleh arus pelepasan. Artikel ini akan memberikan pedoman desain PCB yang dapat mengoptimalkan perlindungan ESD.
Loop sirkuit
Arus diinduksi ke dalam rangkaian loop dengan induksi, dan loop ini ditutup dan memiliki fluks magnet yang bervariasi. Besarnya arus sebanding dengan luas cincin. Loop yang lebih besar mengandung lebih banyak fluks magnet, yang menginduksi arus yang lebih kuat di sirkuit. Oleh karena itu, area loop harus dikurangi.
Loop paling umum ditunjukkan pada Gambar 1, yang dibentuk oleh catu daya dan ground. Jika memungkinkan, desain multilayer PCB dengan daya dan bidang tanah dapat digunakan. Papan multilayer tidak hanya meminimalkan area loop antara catu daya dan ground, tetapi juga mengurangi medan elektromagnetik EMI frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh pulsa ESD.
Jika papan multilayer tidak dapat digunakan, kabel untuk saluran listrik dan arde harus disambungkan dalam kisi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Koneksi kisi dapat berfungsi sebagai daya dan bidang arde. Gunakan vias untuk menghubungkan jejak setiap lapisan. Jarak koneksi via harus berada dalam jarak 6 cm di setiap arah. Selain itu, ketika kabel, catu daya dan jejak tanah sedekat mungkin juga dapat mengurangi area loop, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Cara lain untuk mengurangi area loop dan menginduksi arus adalah dengan mengurangi jalur paralel antara perangkat yang saling berhubungan, lihat Gambar 4.
Kabel pelindung dapat digunakan ketika kabel sinyal lebih dari 30 cm harus digunakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. Pendekatan yang lebih baik adalah menempatkan formasi di dekat garis sinyal. Ketika garis sinyal digunakan, itu harus berada dalam 13 mm dari garis perlindungan atau garis tanah.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6, garis sinyal panjang (> 30 cm) atau kabel daya dari masing-masing komponen sensitif ditempatkan melintasi garis tanahnya. Garis silang harus diatur secara berkala dari atas ke bawah atau kiri ke kanan.
Panjang koneksi sirkuit
Saluran sinyal yang panjang juga bisa menjadi antena yang menerima energi pulsa ESD. Menggunakan jalur sinyal yang lebih pendek sebanyak mungkin dapat mengurangi efisiensi saluran sinyal sebagai antena medan elektromagnetik ESD.
Coba letakkan perangkat yang saling terhubung di lokasi yang berdekatan untuk mengurangi panjang jejak yang saling berhubungan.
Injeksi muatan tanah
Pelepasan langsung ESD ke bidang tanah dapat merusak sirkuit sensitif. Satu atau lebih kapasitor bypass frekuensi tinggi juga digunakan saat menggunakan dioda TVS, yang ditempatkan di antara catu daya komponen dan ground yang dapat habis. Kapasitor bypass mengurangi injeksi muatan dan mempertahankan perbedaan tegangan antara catu daya dan port ground.
TVS menyalurkan arus yang diinduksi dan mempertahankan perbedaan potensial dari tegangan penjepit TVS. TVS dan kapasitor harus ditempatkan sedekat mungkin dengan IC yang dilindungi (lihat Gambar 7). Pastikan TVS ke ground path dan panjang pin kapasitor adalah yang terpendek untuk mengurangi efek induktansi parasit.
Konektor harus dipasang ke lapisan tembaga-platinum pada PCB. Idealnya, lapisan tembaga-platinum harus diisolasi dari bidang tanah PCB dan dihubungkan ke pad dengan garis pendek.
Pedoman lain untuk desain PCB
1. Hindari mengatur jalur sinyal penting seperti jam dan reset sinyal di tepi PCB;
2. Setel bagian PCB yang tidak digunakan ke bidang ground
3. Kabel arde dari sasis dan jalur sinyal setidaknya berjarak 4 mm;
4. Jaga rasio aspek dari kabel ground sasis kurang dari 5: 1 untuk mengurangi efek induktansi;
5. Gunakan dioda TVS untuk melindungi semua koneksi eksternal;
Perlindungan induktansi parasit di sirkuit
Induktansi parasit dalam jalur dioda TVS dapat menyebabkan overshoot tegangan yang parah jika terjadi peristiwa ESD. Meskipun menggunakan dioda TVS, tegangan overshoot yang berlebihan mungkin masih melebihi ambang batas tegangan kerusakan IC yang dilindungi karena tegangan induksi VL = L × di / dt melintasi beban induktif.
Tegangan total yang dikenakan rangkaian perlindungan adalah jumlah dari tegangan yang dihasilkan oleh tegangan klem dioda TVS dan induktansi parasit, VT = VC + VL. Puncak arus terinduksi transien ESD dalam waktu kurang dari 1 ns (menurut IEC 61000-4-2), dengan asumsi induktansi timah 20 nH per inci, panjang garis seperempat inci, dan tegangan overshoot 50V / 10A pulsa . Aturan desain empiris adalah untuk meminimalkan efek induktansi parasit dengan merancang jalur pintasan sesingkat mungkin.
Semua jalur induktif harus mempertimbangkan loop ground, jalur antara TVS dan jalur sinyal yang dilindungi, dan jalur dari konektor ke perangkat TVS. Jalur sinyal yang dilindungi harus dihubungkan langsung ke bidang ground. Jika tidak ada bidang tanah, loop tanah harus sesingkat mungkin. Jarak antara ground dioda TVS dan titik ground dari sirkuit yang dilindungi harus sesingkat mungkin untuk mengurangi induktansi parasit dari pesawat ground.
Akhirnya, perangkat TVS harus sedekat mungkin dengan konektor untuk mengurangi sambungan sementara ke saluran terdekat. Meskipun tidak ada jalur langsung ke konektor, efek radiasi sekunder ini juga dapat menyebabkan kegagalan fungsi di bagian lain dari papan.
Tata letak PCB adalah elemen kunci perlindungan ESD, dan desain PCB yang wajar dapat mengurangi biaya pemecahan masalah dan pengerjaan ulang yang tidak perlu. Dalam desain PCB, karena penggunaan dioda penekan tegangan transien (TVS) untuk menekan injeksi muatan langsung karena pelepasan ESD, lebih penting dalam desain PCB untuk mengatasi efek medan elektromagnetik interferensi elektromagnetik (EMI) yang dihasilkan oleh arus pelepasan. Artikel ini akan memberikan pedoman desain PCB yang dapat mengoptimalkan perlindungan ESD.