Rekomendasi tata letak Diode ESD

Saya memiliki konektor I / O DB25, melalui lubang. Pin terhubung ke MCT SMT, yang ingin saya lindungi dari ESD, khususnya IEC 61000-4-2. Saya ingin menggunakan dioda SMT Zener untuk melindungi pin.

Saya sedang mempertimbangkan berbagai tata letak. Saya membayangkan tata letak yang optimal akan memiliki dioda antara DB25 dan MCU. Dengan cara ini, acara ESD dapat dihalau ke ground sebelum sampai ke MCU

MCU <-> Dioda <-> DB25

Namun, saya ingin mengambil keuntungan dari lubang-lubang di DB25 untuk menyederhanakan perutean dan mengurangi jumlah vias yang saya perlukan. Namun, dengan melakukan itu, dioda akan berakhir di "sisi lain" dari DB25.

MCU <-> DB25 <-> Dioda

Apakah ini ide yang buruk? Saya sedikit khawatir tentang apakah pemogokan ESD yang cukup cepat dapat "berpisah" dan mencapai MCU sebelum dioda mulai melakukan sepenuhnya.

Jika ini masalahnya, apakah akan dimitigasi jika MCU <-> jejak DB25 dijalankan di lapisan bawah, sedangkan jejak DB25 <-> Dioda berada di lapisan atas? Apakah vias yang ditambahkan antara MCU dan DB25 mendorong arus ESD untuk pergi melalui dioda?

pcb-design esd

— ajs410
sumber

Jawaban:

ESD sulit diatasi, dan solusinya lebih dari ilmu hitam daripada sains. Yang sedang berkata, apa yang Anda inginkan adalah untuk impedansi ke tanah lebih kecil dari impedansi ke chip yang Anda lindungi. Ada beberapa cara untuk melakukan ini, dan solusi paling praktis mungkin akan melibatkan beberapa hal sekaligus.

Penempatan dan perutean jejak adalah awal yang baik. Seperti yang Anda catat, MCU <-> Dioda <-> DB25 mungkin yang terbaik, meskipun MCU <-> DB25 <-> Dioda dapat bekerja. Untuk membuatnya bekerja, jejak ke dioda harus tebal dan pendek. Jejak ke MCU harus panjang dan tipis. Tapi, IMHO, hanya melakukan ini tidak cukup untuk produk komersial.
Letakkan semacam resistor atau manik ferit antara DB25 / Dioda dan MCU. Saya lebih suka resistor untuk ini karena impedansi mereka lebih dapat diprediksi pada frekuensi tinggi, tetapi manik dapat bekerja juga. Sebuah resistor sekitar 10 hingga 50 ohm baik, tergantung pada sifat sinyal yang Anda jalankan. Resistor / manik ini akan meningkatkan impedansi ke MCU, membimbing ESD ke ground melalui cara yang berbeda.
Pasang kapasitor secara paralel dengan dioda. Nilai 3 nF sangat ideal untuk perlindungan ESD. Tetapi tergantung pada sinyal Anda, Anda mungkin harus menggunakan yang lebih kecil atau lebih besar., Atau tidak sama sekali. Yang terbesar yang bisa Anda hindari juga akan mengurangi masalah EMI Anda. Fungsi dasar tutup adalah untuk dengan cepat menyerap goncangan ESD dan memancarkannya kembali secara lebih lambat dan dengan tegangan yang lebih kecil. Jika tutupnya cukup besar maka dioda tidak diperlukan. Tutup ini juga membentuk filter RC dengan # 2 di atas dan mencegah EMI masuk atau keluar dari kotak.
Sambungkan pelindung DB25 ke ground chassis, dan pastikan casing Anda membuat pelindung yang baik.

Baru-baru ini saya memiliki masalah dengan perangkat USB yang akan crash setiap kali zap ESD terjadi dalam 8 kaki dari kotak. Pada akhirnya saya harus menghubungkan shell USB ke Chassis, tambahkan 33 ohm resistor ke jalur data USB, tambahkan tutup, dan dioda. Sampai saya melakukan semua itu saya masih mengalami kegagalan. Jika saya tinggalkan salah satu dari itu, salah satunya, itu akan gagal. Sekarang ia bekerja dengan kokoh, bahkan dengan percikan sepanjang 1 inci ke sasis.

— davidcary
sumber

Anda harus menambahkan 33 ohm ke jalur data USB? Dan tutup dan dioda? Bukankah itu akan melakukan hal-hal buruk pada diagram mata USB?

— ajs410

Itu tidak buruk. Ini adalah USB 1.0, bukan versi 2 atau 3. Jadi kecepatan data tidak buruk. Jika saya ingat dengan benar, tutupnya hanya 22 pF dan dioda <1 pF. Sementara saya skeptis tentang 33 ohm, saya melihat resistor yang sama yang digunakan dalam skema papan demo TI MSP430. Pada akhirnya, ini bekerja dengan indah.

Hanya penasaran. Bagaimana Anda menghasilkan "zap" ESD ini? Maksud saya, adakah cara yang dapat diprediksi dan konsisten untuk menghasilkan zap?

— Earlz

Di masa lalu saya telah menggunakan beberapa metode untuk menghasilkan zap. Sejauh ini metode yang paling dapat diandalkan adalah pistol statis. Ini adalah peralatan mahal yang dibuat untuk tugas ini. Saya juga telah menggunakan tombol panggangan pemanggang BBQ piezoelektrik. Tidak bisa diprediksi, tetapi kurang dari US $ 10. Tapi zap yang saya buat beberapa minggu yang lalu hanyalah ESD normal yang dibuat karena kelembaban yang sangat rendah di Colorado. Sekali lagi, tidak bisa diprediksi tetapi super berlimpah.

Saya ingin tahu, apakah Anda memiliki bidang dalam pada aplikasi Anda?

— ajs410

Untuk mulai dengan saya akan menggunakan dioda penindasan ESD khusus bukan dioda zener umum; mereka lebih cepat dan tahan tegangan tinggi lebih baik.

Kekhawatiran Anda tentang penempatan relatif dibenarkan. Saat ini memang dapat terpecah dan mencapai kedua dioda perlindungan dan pengontrol. Oleh karena itu selalu tempatkan dioda antara konektor dan pengontrol, dan jangan letakkan mereka pada jejak rintisan, karena Anda akan menciptakan masalah yang sama. Tempatkan dioda ESD pada jejak itu sendiri.

Pastikan jarak dan ketahanan terhadap bidang tanah sesingkat mungkin. Semakin besar luas permukaan, semakin besar kapasitasnya, dan semakin rendah tegangan yang tersisa.
Jangan terlalu banyak menghitung di bumi, itu terlalu jauh; debit dapat menenggelamkan semua CMOS Anda sebelum mencapai bumi.

$\Omega$ jumper mengurangi arus pelepasan, yang sebaliknya akan berpasangan dengan jejak terdekat dan menyebabkan tegangan berlebih di sana. Hasil tes ESD baik-baik saja.

— stevenvh
sumber

Saya telah mendengar tentang "penangkal petir" yang disebut sebagai celah percikan, sepotong tembaga tanpa topeng di atasnya. Saya telah membaca bahwa ini adalah teknik yang sangat bagus untuk banyak-kV, terutama dalam kombinasi dengan sesuatu yang sedikit "lebih cepat" untuk menangkap beberapa-kV. Tembaga telanjang juga dapat menambahkan beberapa kapasitansi parasit, yang mungkin atau mungkin tidak menjadi masalah tergantung pada aplikasi (bagi saya, itu tidak)

— ajs410

@ ajs410 - Jika jejak ke celah percikan runcing (sebagaimana mestinya) kapasitansi akan berada dalam kisaran femtofarad, saya tidak bisa memikirkan banyak aplikasi di mana ini akan menyebabkan masalah.

— stevenvh