Từ kết quả thử nghiệm của các sản phẩm khác nhau, người ta thấy rằng ESD này là một thử nghiệm rất quan trọng: nếu bảng mạch không được thiết kế tốt, khi đưa tĩnh điện vào sẽ khiến sản phẩm bị hỏng hoặc thậm chí làm hỏng các bộ phận. Trước đây, tôi chỉ để ý rằng ESD sẽ làm hỏng các linh kiện, nhưng tôi không ngờ lại quan tâm đúng mức đến các sản phẩm điện tử.

ESD là cái mà chúng ta thường gọi là phóng tĩnh điện. Từ những kiến ​​thức đã học, có thể biết tĩnh điện là một hiện tượng tự nhiên, thường được tạo ra thông qua sự tiếp xúc, ma sát, cảm ứng giữa các thiết bị điện, v.v.. Nó có đặc điểm là sự tích tụ lâu dài và điện áp cao (có thể tạo ra hàng nghìn volt). hoặc thậm chí tĩnh điện hàng chục nghìn volt), công suất thấp, dòng điện thấp và thời gian tác dụng ngắn. Đối với các sản phẩm điện tử, nếu thiết kế ESD không được thiết kế tốt thì hoạt động của các sản phẩm điện, điện tử thường không ổn định, thậm chí bị hư hỏng.

Hai phương pháp thường được sử dụng khi thực hiện kiểm tra phóng điện ESD: phóng điện tiếp xúc và phóng điện qua không khí.

Phóng điện tiếp xúc là phóng điện trực tiếp vào thiết bị được thử nghiệm; phóng điện không khí còn được gọi là phóng điện gián tiếp, được tạo ra bởi sự kết hợp của từ trường mạnh với các vòng dòng điện liền kề. Điện áp thử nghiệm cho hai thử nghiệm này thường là 2KV-8KV và các yêu cầu khác nhau ở các vùng khác nhau. Vì vậy, trước khi thiết kế, trước tiên chúng ta phải tìm hiểu thị trường cho sản phẩm.

Hai tình huống trên là các thử nghiệm cơ bản đối với các sản phẩm điện tử không thể hoạt động do cơ thể con người bị nhiễm điện hoặc các nguyên nhân khác khi cơ thể con người tiếp xúc với các sản phẩm điện tử. Hình dưới đây thể hiện số liệu thống kê về độ ẩm không khí của một số vùng vào các tháng khác nhau trong năm. Có thể thấy từ hình vẽ rằng Lasvegas có độ ẩm ít nhất trong năm. Các sản phẩm điện tử trong lĩnh vực này cần đặc biệt chú ý đến việc bảo vệ ESD.

Điều kiện độ ẩm ở các nơi khác nhau trên thế giới là khác nhau, nhưng đồng thời ở một khu vực, nếu độ ẩm không khí không giống nhau thì tĩnh điện sinh ra cũng khác nhau. Bảng sau đây là số liệu thu thập được, từ đó có thể thấy tĩnh điện tăng khi độ ẩm không khí giảm. Điều này cũng gián tiếp giải thích nguyên nhân vì sao tia lửa điện sinh ra khi cởi áo len vào mùa đông miền Bắc lại rất lớn. “

Vì tĩnh điện là một mối nguy hiểm lớn, chúng ta có thể bảo vệ nó như thế nào? Khi thiết kế bảo vệ tĩnh điện, chúng ta thường chia thành ba bước: ngăn chặn các điện tích bên ngoài chảy vào bảng mạch và gây hư hỏng; ngăn chặn từ trường bên ngoài làm hỏng bảng mạch; ngăn ngừa thiệt hại từ trường tĩnh điện.

Trong thiết kế mạch thực tế, chúng ta sẽ sử dụng một hoặc nhiều phương pháp sau để bảo vệ tĩnh điện:

1

Điốt tuyết lở để bảo vệ tĩnh điện
Đây cũng là phương pháp thường được sử dụng trong thiết kế. Một cách tiếp cận điển hình là kết nối song song một diode tuyết lở với mặt đất trên đường tín hiệu chính. Phương pháp này là sử dụng diode tuyết lở để phản ứng nhanh và có khả năng ổn định kẹp, có thể tiêu thụ điện áp cao tập trung trong thời gian ngắn để bảo vệ bảng mạch.

2

Sử dụng tụ điện cao áp để bảo vệ mạch điện
Trong phương pháp này, các tụ gốm có điện áp chịu được ít nhất 1,5KV thường được đặt ở đầu nối I/O hoặc vị trí của tín hiệu chính và đường kết nối càng ngắn càng tốt để giảm độ tự cảm của kết nối. đường kẻ. Nếu sử dụng tụ điện có điện áp chịu được thấp sẽ gây hư hỏng tụ điện và mất khả năng bảo vệ.

3

Sử dụng hạt ferit để bảo vệ mạch điện
Hạt Ferrite có thể làm suy giảm dòng điện ESD rất tốt và cũng có thể ngăn chặn bức xạ. Khi gặp hai vấn đề, hạt ferrite là một lựa chọn rất tốt.

4

Phương pháp khoảng cách tia lửa
Phương pháp này được nhìn thấy trong một mảnh vật liệu. Phương pháp cụ thể là sử dụng đồng hình tam giác với các đầu thẳng hàng với nhau trên lớp đường vi dải được cấu tạo từ đồng. Một đầu của đồng hình tam giác được nối với đường tín hiệu và đầu còn lại là đồng hình tam giác. Kết nối với mặt đất. Khi có tĩnh điện sẽ tạo ra sự phóng điện mạnh và tiêu tốn năng lượng điện.

5

Sử dụng phương pháp lọc LC để bảo vệ mạch
Bộ lọc bao gồm LC có thể làm giảm hiệu quả tĩnh điện tần số cao đi vào mạch. Đặc tính điện kháng cảm ứng của cuộn cảm có tác dụng ngăn chặn ESD tần số cao đi vào mạch rất tốt, trong khi tụ điện chuyển năng lượng tần số cao của ESD xuống đất. Đồng thời, loại bộ lọc này cũng có thể làm mịn rìa tín hiệu và giảm hiệu ứng RF, đồng thời hiệu suất được cải thiện hơn nữa về tính toàn vẹn tín hiệu.

6

Bảng mạch nhiều lớp để bảo vệ ESD
Khi kinh phí cho phép, việc lựa chọn bảng nhiều lớp cũng là một phương tiện hiệu quả để ngăn ngừa ESD. Trong bảng nhiều lớp, do có một mặt phẳng đất hoàn chỉnh gần với dấu vết, điều này có thể làm cho cặp ESD đến mặt phẳng trở kháng thấp nhanh hơn, sau đó bảo vệ vai trò của các tín hiệu chính.

7

Phương pháp để lại dải bảo vệ ở ngoại vi của luật bảo vệ bảng mạch
Phương pháp này thường là vẽ các vết xung quanh bảng mạch mà không cần hàn lớp. Khi điều kiện cho phép, kết nối dấu vết với vỏ. Đồng thời, cần lưu ý rằng dấu vết không thể tạo thành một vòng kín, để không tạo thành ăng-ten vòng và gây rắc rối lớn hơn.

8

Sử dụng thiết bị CMOS hoặc thiết bị TTL có điốt kẹp để bảo vệ mạch
Phương pháp này sử dụng nguyên lý cách ly để bảo vệ bảng mạch. Bởi vì các thiết bị này được bảo vệ bằng điốt kẹp nên độ phức tạp của thiết kế sẽ giảm đi trong thiết kế mạch thực tế.

9

Sử dụng tụ điện tách
Các tụ tách rời này phải có giá trị ESL và ESR thấp. Đối với ESD tần số thấp, tụ điện tách làm giảm diện tích vòng lặp. Do tác dụng của ESL, chức năng điện giải bị suy yếu, có thể lọc năng lượng tần số cao tốt hơn. .

Tóm lại, mặc dù ESD rất khủng khiếp và thậm chí có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng, nhưng chỉ bằng cách bảo vệ đường nguồn và tín hiệu trên mạch mới có thể ngăn chặn hiệu quả dòng ESD chạy vào PCB. Trong số đó, sếp tôi thường nói “một bàn cờ có nền tảng tốt là vua”. Tôi hy vọng câu nói này cũng có thể mang lại cho bạn hiệu quả phá vỡ giếng trời.