Z wyników testów różnych produktów wynika, że ​​test ESD jest bardzo ważnym testem: jeśli płytka drukowana nie jest dobrze zaprojektowana, wprowadzenie elektryczności statycznej spowoduje awarię produktu lub nawet uszkodzenie komponentów. W przeszłości zauważyłem jedynie, że ESD uszkodzi komponenty, ale nie spodziewałem się, że będę zwracać wystarczającą uwagę na produkty elektroniczne.

ESD to coś, co często nazywamy wyładowaniami elektrostatycznymi. Z nabytej wiedzy wiadomo, że elektryczność statyczna jest zjawiskiem naturalnym, które zwykle powstaje w wyniku kontaktu, tarcia, indukcji pomiędzy urządzeniami elektrycznymi itp. Charakteryzuje się długotrwałą kumulacją oraz wysokim napięciem (może generować tysiące woltów lub nawet dziesiątki tysięcy woltów elektryczności statycznej)), mała moc, niski prąd i krótki czas działania. W przypadku produktów elektronicznych, jeśli konstrukcja ESD nie jest dobrze zaprojektowana, działanie produktów elektronicznych i elektrycznych jest często niestabilne lub nawet uszkodzone.

Podczas wykonywania testów wyładowań ESD zwykle stosuje się dwie metody: wyładowanie kontaktowe i wyładowanie powietrzne.

Wyładowanie kontaktowe ma na celu bezpośrednie rozładowanie testowanego sprzętu; wyładowanie powietrzne nazywane jest również wyładowaniem pośrednim, które powstaje w wyniku sprzężenia silnego pola magnetycznego z sąsiednimi pętlami prądowymi. Napięcie testowe dla tych dwóch testów wynosi zazwyczaj 2 KV–8 KV, a wymagania są różne w różnych regionach. Dlatego przed projektowaniem musimy najpierw poznać rynek dla produktu.

Powyższe dwie sytuacje są podstawowymi testami dla produktów elektronicznych, które nie mogą działać ze względu na elektryzację ciała ludzkiego lub z innych powodów kontaktu ciała ludzkiego z produktami elektronicznymi. Poniższy rysunek przedstawia statystyki wilgotności powietrza w niektórych regionach w różnych miesiącach roku. Z rysunku widać, że Lasvegas ma najmniejszą wilgotność w ciągu roku. Produkty elektroniczne w tym obszarze powinny zwracać szczególną uwagę na ochronę ESD.

Warunki wilgotnościowe są różne w różnych częściach świata, ale jednocześnie w danym regionie, jeśli wilgotność powietrza nie jest taka sama, wytwarzana elektryczność statyczna również jest inna. Poniższa tabela zawiera zebrane dane, z których widać, że elektryczność statyczna wzrasta wraz ze spadkiem wilgotności powietrza. To również pośrednio wyjaśnia powód, dla którego iskry elektrostatyczne powstające podczas zdejmowania swetra w północnej zimie są bardzo duże. „

Skoro elektryczność statyczna stanowi tak duże zagrożenie, jak możemy ją chronić? Projektując ochronę elektrostatyczną, zwykle dzielimy ją na trzy etapy: zapobieganie przedostawaniu się ładunków zewnętrznych do płytki drukowanej i powodowaniu uszkodzeń; zapobiegać uszkodzeniu płytki drukowanej przez zewnętrzne pola magnetyczne; zapobiegać uszkodzeniom powodowanym przez pola elektrostatyczne.

W rzeczywistym projekcie obwodu zastosujemy jedną lub więcej z następujących metod ochrony elektrostatycznej:

1

Diody lawinowe do ochrony elektrostatycznej
Jest to również metoda często stosowana w projektowaniu. Typowym podejściem jest podłączenie diody lawinowej do masy równolegle na kluczowej linii sygnałowej. Metoda ta polega na wykorzystaniu diody lawinowej do szybkiego reagowania i posiadania możliwości stabilizacji zacisku, co może w krótkim czasie pochłonąć skoncentrowane wysokie napięcie w celu ochrony płytki drukowanej.

2

Do ochrony obwodu należy stosować kondensatory wysokonapięciowe
W tym podejściu kondensatory ceramiczne o wytrzymałości na napięcie co najmniej 1,5 kV umieszcza się zwykle w złączu I/O lub w miejscu sygnału kluczowego, a przewód łączący jest możliwie najkrótszy, aby zmniejszyć indukcyjność połączenia linia. Jeśli zostanie zastosowany kondensator o niskim napięciu wytrzymywanym, spowoduje to uszkodzenie kondensatora i utratę jego ochrony.

3

Do ochrony obwodu należy używać koralików ferrytowych
Koraliki ferrytowe mogą bardzo dobrze tłumić prąd ESD, a także mogą tłumić promieniowanie. W obliczu dwóch problemów, koralik ferrytowy jest bardzo dobrym wyborem.

4

Metoda iskiernika
Metodę tę widać na kawałku materiału. Specyficzną metodą jest użycie trójkątnej miedzi z końcówkami ustawionymi względem siebie na warstwie mikropaskowej złożonej z miedzi. Jeden koniec trójkątnej miedzi jest podłączony do linii sygnałowej, a drugi to trójkątna miedź. Połącz się z ziemią. Gdy pojawi się elektryczność statyczna, spowoduje to ostre wyładowanie i zużycie energii elektrycznej.

5

Aby zabezpieczyć obwód, użyj metody filtra LC
Filtr składający się z LC może skutecznie redukować przedostawanie się elektryczności statycznej o wysokiej częstotliwości do obwodu. Indukcyjna charakterystyka reaktancji cewki indukcyjnej dobrze zapobiega przedostawaniu się wyładowań elektrostatycznych o wysokiej częstotliwości do obwodu, podczas gdy kondensator odprowadza energię wyładowań elektrostatycznych o wysokiej częstotliwości do masy. Jednocześnie ten typ filtra może również wygładzić krawędź sygnału i zmniejszyć efekt RF, a wydajność została dodatkowo poprawiona pod względem integralności sygnału.

6

Płyta wielowarstwowa zapewniająca ochronę ESD
Jeśli pozwalają na to fundusze, wybór płyty wielowarstwowej jest również skutecznym sposobem zapobiegania wyładowaniom elektrostatycznym. Na płycie wielowarstwowej, ponieważ blisko ścieżki znajduje się pełna płaszczyzna uziemienia, może to spowodować szybsze połączenie ESD z płaszczyzną o niskiej impedancji, a następnie chronić rolę kluczowych sygnałów.

7

Sposób pozostawiania opaski ochronnej na obwodzie prawa ochronnego płytki drukowanej
Metoda ta polega zazwyczaj na narysowaniu śladów wokół płytki drukowanej bez warstwy spawu. Jeżeli warunki na to pozwalają, podłączyć ścieżkę do obudowy. Jednocześnie należy zaznaczyć, że ślad nie może tworzyć zamkniętej pętli, aby nie tworzyć anteny pętlowej i nie sprawiać większych kłopotów.

8

Do ochrony obwodu należy używać urządzeń CMOS lub urządzeń TTL z diodami zaciskowymi
Metoda ta wykorzystuje zasadę izolacji w celu ochrony płytki drukowanej. Ponieważ urządzenia te są chronione diodami zaciskowymi, złożoność projektu jest zmniejszona w rzeczywistym projekcie obwodu.

9

Użyj kondensatorów odsprzęgających
Te kondensatory odsprzęgające muszą mieć niskie wartości ESL i ESR. W przypadku ESD o niskiej częstotliwości kondensatory odsprzęgające zmniejszają obszar pętli. Ze względu na efekt ESL funkcja elektrolitu jest osłabiona, co może lepiej filtrować energię o wysokiej częstotliwości. .

Krótko mówiąc, chociaż ESD jest straszne i może nawet przynieść poważne konsekwencje, ale tylko zabezpieczenie linii zasilających i sygnałowych w obwodzie może skutecznie zapobiec przedostawaniu się prądu ESD do płytki PCB. Wśród nich mój szef często powtarzał, że „dobre uziemienie deski jest królem”. Mam nadzieję, że to zdanie również przyniesie efekt rozbicia świetlika.