จากผลการทดสอบผลิตภัณฑ์ต่างๆ พบว่า ESD นี้เป็นการทดสอบที่สำคัญมาก หากแผงวงจรไม่ได้รับการออกแบบมาอย่างดี เมื่อมีกระแสไฟฟ้าสถิตย์เข้ามา จะทำให้ผลิตภัณฑ์เสียหายหรือทำให้ส่วนประกอบเสียหายได้ ในอดีต ฉันสังเกตเห็นเพียงว่า ESD จะทำให้ส่วนประกอบเสียหาย แต่ฉันไม่ได้คาดหวังที่จะให้ความสนใจกับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มากพอ

ESD คือสิ่งที่เรามักเรียกว่าการคายประจุไฟฟ้าสถิต จากความรู้ที่เรียนมาทราบได้ว่าไฟฟ้าสถิตเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติซึ่งมักเกิดจากการสัมผัส การเสียดสี การเหนี่ยวนำระหว่างเครื่องใช้ไฟฟ้า เป็นต้น โดยมีลักษณะการสะสมในระยะยาวและไฟฟ้าแรงสูง (สามารถสร้างโวลต์ได้หลายพันโวลต์) หรือแม้แต่ไฟฟ้าสถิตย์หลายหมื่นโวลต์) ) พลังงานต่ำ กระแสไฟฟ้าต่ำ และเวลาดำเนินการสั้น สำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ หากการออกแบบ ESD ไม่ได้รับการออกแบบมาอย่างดี การทำงานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และเครื่องใช้ไฟฟ้าก็มักจะไม่เสถียรหรือเสียหายด้วยซ้ำ

โดยปกติจะใช้สองวิธีเมื่อทำการทดสอบการคายประจุ ESD: การคายประจุแบบสัมผัสและการระบายอากาศ

การปลดปล่อยการสัมผัสคือการปลดปล่อยอุปกรณ์ที่ทดสอบโดยตรง การปล่อยอากาศเรียกอีกอย่างว่าการปล่อยทางอ้อม ซึ่งเกิดจากการควบรวมของสนามแม่เหล็กแรงกับลูปกระแสที่อยู่ติดกัน แรงดันไฟฟ้าทดสอบสำหรับการทดสอบทั้งสองนี้โดยทั่วไปคือ 2KV-8KV และข้อกำหนดจะแตกต่างกันในแต่ละภูมิภาค ดังนั้นก่อนการออกแบบเราจะต้องทราบตลาดของผลิตภัณฑ์ก่อน

สองสถานการณ์ข้างต้นเป็นการทดสอบพื้นฐานสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่สามารถทำงานได้เนื่องจากการใช้พลังงานไฟฟ้าในร่างกายมนุษย์หรือเหตุผลอื่นเมื่อร่างกายมนุษย์สัมผัสกับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ รูปด้านล่างแสดงสถิติความชื้นในอากาศของบางภูมิภาคในเดือนต่างๆ ของปี จะเห็นได้จากรูปที่ลาสเวกัสมีความชื้นน้อยที่สุดตลอดทั้งปี ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในพื้นที่นี้ควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับการป้องกัน ESD

สภาพความชื้นจะแตกต่างกันในส่วนต่างๆ ของโลก แต่ในขณะเดียวกันในภูมิภาค หากความชื้นในอากาศไม่เท่ากัน ไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นก็จะแตกต่างออกไปด้วย ตารางต่อไปนี้เป็นข้อมูลที่รวบรวมได้ ซึ่งจะเห็นได้ว่าไฟฟ้าสถิตจะเพิ่มขึ้นเมื่อความชื้นในอากาศลดลง นอกจากนี้ยังอธิบายโดยอ้อมด้วยว่าเหตุใดประกายไฟคงที่ที่เกิดขึ้นเมื่อถอดเสื้อสเวตเตอร์ในฤดูหนาวทางตอนเหนือจึงมีขนาดใหญ่มาก -

เนื่องจากไฟฟ้าสถิตถือเป็นอันตรายร้ายแรง เราจะป้องกันได้อย่างไร? เมื่อออกแบบการป้องกันไฟฟ้าสถิต เรามักจะแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: ป้องกันไม่ให้ประจุภายนอกไหลเข้าสู่แผงวงจรและทำให้เกิดความเสียหาย ป้องกันสนามแม่เหล็กภายนอกไม่ให้ทำลายแผงวงจร ป้องกันความเสียหายจากสนามไฟฟ้าสถิต

ในการออกแบบวงจรจริง เราจะใช้วิธีใดวิธีหนึ่งต่อไปนี้สำหรับการป้องกันไฟฟ้าสถิต:

1

ไดโอดถล่มสำหรับการป้องกันไฟฟ้าสถิต
นี่เป็นวิธีที่มักใช้ในการออกแบบ วิธีการทั่วไปคือการเชื่อมต่อไดโอดถล่มเข้ากับกราวด์ขนานกับสายสัญญาณหลัก วิธีนี้คือการใช้ไดโอดถล่มเพื่อตอบสนองอย่างรวดเร็วและมีความสามารถในการรักษาเสถียรภาพของการหนีบซึ่งสามารถกินแรงดันไฟฟ้าสูงเข้มข้นในเวลาอันสั้นเพื่อปกป้องแผงวงจร

2

ใช้ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงในการป้องกันวงจร
ในวิธีนี้ ตัวเก็บประจุแบบเซรามิกที่มีแรงดันไฟฟ้าทนอย่างน้อย 1.5KV มักจะอยู่ในขั้วต่อ I/O หรือตำแหน่งของสัญญาณคีย์ และสายเชื่อมต่อจะสั้นที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อลดความเหนี่ยวนำของการเชื่อมต่อ เส้น. หากใช้ตัวเก็บประจุที่มีแรงดันไฟฟ้าทนต่ำ จะทำให้ตัวเก็บประจุเสียหายและสูญเสียการป้องกัน

3

ใช้เม็ดเฟอร์ไรต์ในการป้องกันวงจร
เม็ดเฟอร์ไรต์สามารถลดกระแส ESD ได้เป็นอย่างดี และยังสามารถยับยั้งการแผ่รังสีได้อีกด้วย เมื่อต้องเผชิญกับปัญหาสองประการ เฟอร์ไรต์บีดก็เป็นตัวเลือกที่ดีมาก

4

วิธีจุดประกายช่องว่าง
วิธีการนี้พบเห็นได้ในวัสดุชิ้นหนึ่ง วิธีการเฉพาะคือการใช้ทองแดงรูปสามเหลี่ยมโดยให้ปลายอยู่ในแนวเดียวกันบนชั้นไมโครสตริปที่ประกอบด้วยทองแดง ปลายด้านหนึ่งของทองแดงรูปสามเหลี่ยมเชื่อมต่อกับสายสัญญาณ และอีกด้านหนึ่งคือทองแดงรูปสามเหลี่ยม เชื่อมต่อกับพื้นดิน เมื่อมีไฟฟ้าสถิตจะปล่อยประจุออกอย่างรวดเร็วและสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า

5

ใช้วิธีการกรอง LC เพื่อป้องกันวงจร
ตัวกรองที่ประกอบด้วย LC สามารถลดไฟฟ้าสถิตความถี่สูงจากการเข้าสู่วงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ คุณลักษณะรีแอคแทนซ์แบบเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำสามารถยับยั้ง ESD ความถี่สูงไม่ให้เข้าสู่วงจรได้ดี ในขณะที่ตัวเก็บประจุจะสับพลังงานความถี่สูงของ ESD ลงสู่พื้น ในเวลาเดียวกัน ตัวกรองประเภทนี้ยังสามารถทำให้ขอบของสัญญาณเรียบขึ้นและลดเอฟเฟกต์ RF ได้ และประสิทธิภาพได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมในแง่ของความสมบูรณ์ของสัญญาณ

6

บอร์ดหลายชั้นสำหรับการป้องกัน ESD
เมื่อเงินทุนอนุญาต การเลือกบอร์ดหลายชั้นก็เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการป้องกัน ESD เช่นกัน ในบอร์ดหลายชั้น เนื่องจากมีระนาบกราวด์ที่สมบูรณ์ใกล้กับร่องรอย ทำให้คู่ ESD ไปยังระนาบอิมพีแดนซ์ต่ำเร็วขึ้น จากนั้นจึงปกป้องบทบาทของสัญญาณสำคัญ

7

วิธีการทิ้งแถบป้องกันไว้ที่ขอบของกฎหมายคุ้มครองแผงวงจร
โดยปกติวิธีนี้จะเป็นการวาดรอยรอบๆ แผงวงจรโดยไม่มีชั้นการเชื่อม เมื่อเงื่อนไขเอื้ออำนวย ให้เชื่อมต่อร่องรอยเข้ากับตัวเครื่อง ในเวลาเดียวกัน ควรสังเกตว่าการติดตามไม่สามารถสร้างวงปิดได้ เพื่อไม่ให้เกิดเสาอากาศแบบวงและทำให้เกิดปัญหามากขึ้น

8

ใช้อุปกรณ์ CMOS หรืออุปกรณ์ TTL ที่มีแคลมป์ไดโอดเพื่อป้องกันวงจร
วิธีนี้ใช้หลักการแยกเพื่อป้องกันแผงวงจร เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการปกป้องโดยแคลมป์ไดโอด ความซับซ้อนของการออกแบบจึงลดลงในการออกแบบวงจรจริง

9

ใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน
ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนเหล่านี้ต้องมีค่า ESL และ ESR ต่ำ สำหรับ ESD ความถี่ต่ำ ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนจะลดพื้นที่ลูป เนื่องจากผลกระทบของ ESL ฟังก์ชันอิเล็กโทรไลต์จึงลดลง ซึ่งสามารถกรองพลังงานความถี่สูงได้ดีขึ้น -

กล่าวโดยสรุป แม้ว่า ESD จะแย่มากและอาจส่งผลร้ายแรงได้ แต่เพียงการปกป้องสายไฟและสายสัญญาณบนวงจรเท่านั้นที่สามารถป้องกันกระแส ESD ไม่ให้ไหลเข้าสู่ PCB ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในหมู่พวกเขา เจ้านายของฉันมักจะพูดว่า “รากฐานที่ดีของกระดานคือราชา” ฉันหวังว่าประโยคนี้จะทำให้คุณได้รับเอฟเฟกต์ของการทำลายสกายไลท์