Cómo Prevenir El Flujo De Corriente ESD Hacia La PCB En El Diseño De PCB

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Recientemente hemos estado realizando pruebas de ESD (descarga electrostática) para productos electrónicos. A partir de los resultados de las pruebas en diferentes productos, hemos descubierto que esta prueba de ESD es muy importante: si el diseño de la placa de circuito no es bueno, la introducción de electricidad estática puede causar fallas del producto e incluso dañar componentes. Anteriormente, solo tenía en cuenta que la ESD podría dañar componentes, pero no esperaba que también debiéramos prestar suficiente atención a los productos electrónicos.

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ESD, también conocida como descarga electrostática, es un fenómeno natural que se genera generalmente por contacto, fricción, inducción y otros métodos entre aparatos eléctricos. Sus características son acumulación a largo plazo, alto voltaje (puede producir miles de voltios e incluso decenas de miles de voltios de electricidad estática), pequeña cantidad de electricidad, corriente pequeña y tiempo de acción corto. Para los productos electrónicos, si el diseño de ESD no se realiza correctamente, los productos electrónicos y eléctricos tienden a ser inestables o incluso dañados.

Por lo general, existen dos métodos para la prueba de descarga de ESD: descarga de contacto y descarga de aire. La descarga de contacto es una descarga directa al dispositivo bajo prueba; la descarga de aire, también conocida como descarga indirecta, se produce debido al acoplamiento de un fuerte campo magnético al bucle de corriente adyacente. La tensión de prueba de estas dos pruebas generalmente es de 2KV a 8KV, y diferentes regiones tienen diferentes requisitos. Por lo tanto, antes de diseñar, es necesario comprender el mercado de PCB al que se dirige el producto.

Las situaciones de humedad en diferentes partes del mundo son diferentes, pero al mismo tiempo, si la humedad del aire en una región es diferente, la electricidad estática generada también será diferente. La siguiente tabla muestra los datos recopilados, a partir de los cuales podemos ver que la electricidad estática aumenta con la disminución de la humedad del aire. Esto también explica indirectamente por qué hay grandes chispas de electricidad estática al quitar el cabello en invierno en el norte de China.

Dado que la electricidad estática tiene un gran daño, ¿cómo debemos protegernos?
Por lo general, seguimos tres pasos al diseñar protección electrostática: evitar que la carga externa fluya hacia la placa de circuito causando daños; evitar que el campo magnético externo dañe la placa de circuito; evitar el peligro causado por el campo electrostático. En el diseño real del circuito PCB, utilizaremos uno o más de los siguientes métodos para la protección electrostática:

1. Diodo avalancha para protección electrostática. Este también es un método común utilizado en el diseño. El método típico es colocar en paralelo un diodo avalancha a tierra en las líneas de señal clave.

Este método utiliza la rápida respuesta del diodo avalancha y su capacidad de pinzamiento estable, que puede consumir el alto voltaje acumulado en un corto tiempo para proteger la placa de circuito.

2. Protección de circuito mediante capacitor de alto voltaje.

En este enfoque, generalmente se colocan capacitores cerámicos con una tensión de resistencia de al menos 1.5KV en los conectores I/O o en posiciones clave de señal, y se mantienen los cables lo más cortos posible para reducir la inductancia del cable. Si se utilizan capacitores con baja tensión de resistencia, dañarán los capacitores y perderán el efecto de protección.

3. Utilice cuentas de ferrita para la protección del circuito.

Las cuentas de ferrita pueden atenuar la corriente de ESD y suprimir la radiación. Frente a dos problemas, las cuentas de ferrita son una buena elección.

4. Método de brecha de chispa.

Este método se puede ver en una sola pieza de material. El método específico es que la capa de microstrip compuesta por una lámina de cobre consta de una lámina de cobre triangular cuyas puntas se alinean entre sí. Un extremo de la lámina de cobre triangular conecta la línea de señal y el otro extremo conecta la tierra. Cuando hay electricidad estática, habrá una descarga en la punta que consume energía eléctrica.

5. Use filtro LC para proteger el circuito.

El filtro LC puede reducir eficazmente la entrada de electricidad estática de alta frecuencia al circuito. La reactancia de inductancia puede evitar bien que la ESD de alta frecuencia ingrese al circuito, mientras que el condensador desvía la energía de alta frecuencia de ESD a tierra. Al mismo tiempo, este tipo de filtro puede suavizar el borde de la señal, reducir la influencia de la radiofrecuencia y mejorar el rendimiento en términos de integridad de la señal.

6. Protección ESD de la placa de circuito de varias capas.

Elegir una placa de varias capas también es una forma efectiva de evitar la ESD cuando los fondos lo permiten. En las placas de varias capas, debido a que hay planos de tierra completos cerca del cableado, la ESD puede acoplarse más rápido al plano de baja impedancia, protegiendo así las señales clave.

7. Método de retención de cinta protectora alrededor de la placa de circuito

Este método se usa generalmente para dibujar cables sin capa de montaje y soldadura alrededor de la placa de circuito. Si las condiciones lo permiten, conecte el cableado a la carcasa. Al mismo tiempo, preste atención a no formar un bucle cerrado para evitar formar una antena en anillo que cause más problemas.

8. Protección del circuito utilizando dispositivos CMOS o dispositivos TTL con diodos de pinzamiento.

Este método utiliza el principio de aislamiento para proteger la placa de circuito. Debido a que estos dispositivos tienen protección de diodos de pinzamiento, reduce la complejidad del diseño en el diseño del circuito real.

9. Uso frecuente de condensadores de desacoplamiento.

Estos condensadores de desacoplamiento deben tener valores de ESL y ESR bajos. Para la ESD de baja frecuencia, los condensadores de desacoplamiento reducen el área del bucle.

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