Рекомендации по компоновке диода ESD

10

У меня есть разъем ввода / вывода DB25, через отверстие. Контакты подключаются к SMT MCU, который я хочу защитить от электростатического разряда, в частности IEC 61000-4-2. Я хочу использовать стабилитроны SMT для защиты контактов.

Я рассматриваю различные макеты. Я полагаю, что оптимальная компоновка будет иметь диоды между DB25 и MCU. Таким образом, событие ESD может быть передано на землю до того, как оно попадет в MCU.

MCU <-> диоды <-> DB25

Тем не менее, я хотел бы воспользоваться сквозными отверстиями в DB25, чтобы упростить маршрутизацию и уменьшить количество переходных отверстий, которые мне понадобятся. Однако при этом диоды окажутся на «другой стороне» DB25.

MCU <-> DB25 <-> диоды

Это плохая идея? Я немного обеспокоен тем, может ли достаточно быстрый удар по электростатическому разряду «расколоться» и достичь MCU до того, как диоды начнут полностью проводить.

Если это так, будет ли это смягчено, если трассировки MCU <-> DB25 были выполнены на нижнем уровне, а трассы DB25 <-> диодов были на верхнем уровне? Будут ли дополнительные переходы между MCU и DB25 стимулировать ток ESD вместо диода?

ajs410
источник

Ответы:

11

С ОУР трудно бороться, а решения - это скорее черная магия, чем наука. Тем не менее, вы хотите, чтобы полное сопротивление заземления было меньше, чем полное сопротивление микросхемы, которую вы защищаете. Есть несколько способов сделать это, и наиболее практичное решение, вероятно, будет включать несколько из этих вещей одновременно.

  1. Размещение и маршрутизация трасс - это хорошее начало. Как вы заметили, MCU <-> Diodes <-> DB25, вероятно, лучший, хотя MCU <-> DB25 <-> диоды могут работать. Чтобы это работало, следы на диодах должны быть толстыми и короткими. Следы к MCU должны быть длинными и тонкими. Но, ИМХО, просто сделать это недостаточно для коммерческого продукта.

  2. Поместите резистор или ферритовый шарик между DB25 / Diodes и MCU. Я предпочитаю резисторы для этого, потому что их сопротивление более предсказуемо на высоких частотах, но шарик тоже может работать. Резистор от 10 до 50 Ом хорош, в зависимости от характера сигналов, которые вы используете. Этот резистор / шарик увеличит полное сопротивление MCU, направляя ESD на землю другим способом.

  3. Положите конденсатор параллельно с диодами. Значение 3 нФ идеально подходит для защиты от электростатического разряда. Но в зависимости от вашего сигнала вам, возможно, придется использовать меньший или больший сигнал, или его вообще нет. Самое большое, что вы можете избежать, также уменьшит ваши проблемы с электромагнитными помехами. Основная функция цоколя - быстро поглощать электростатический заряд и переизлучать его медленнее и с меньшим напряжением. Если крышка достаточно большая, то диод не требуется. Этот колпачок также образует RC-фильтр с номером 2 выше и предотвращает вход или выход электромагнитных помех.

  4. Подсоедините экран DB25 к заземлению шасси и убедитесь, что ваше шасси имеет хороший экран.

Недавно у меня возникла проблема с USB-устройством, которое зависало всякий раз, когда происходило падение ESD в пределах 8 футов от коробки. В конце концов мне пришлось подключить USB-оболочку к шасси, добавить 33-омные резисторы к линиям передачи данных USB, добавить заглушки и диоды. Пока я не сделал все это, я все еще терпел неудачи. Если бы я остановил один из них, любой, это потерпит неудачу. Теперь он работает безотказно, даже с искрами длиной 1 дюйм прямо на шасси.

davidcary
источник
1
Вы должны были добавить 33 Ом на линии передачи данных USB? А заглушки и диоды? Разве это не повлияло бы на схему глаз USB?
ajs410
1
Это было не плохо. Это был USB 1.0, а не версия 2 или 3. Так что скорость передачи данных была неплохой. Если я правильно помню, колпачки были только 22 пФ, а диоды были <1 пФ. Хотя я скептически отнесся к 33 Ом, я увидел те же резисторы, что и на схеме демонстрационной платы TI MSP430. В итоге все работает прекрасно.
Просто любопытно. Как вы сгенерировали этот ESD "zap"? Я имею в виду, есть ли какой-то предсказуемый, последовательный способ создания zap?
Эрлз
1
В прошлом я использовал несколько методов для создания zap. Безусловно, самым надежным методом была статическая пушка. Это дорогой предмет снаряжения, созданный для этой задачи. Я также использовал кнопочные пьезоэлектрические зажигалки для гриля. Не так предсказуемо, но менее 10 долларов США. Но зап, который я делал пару недель назад, был просто обычным электростатическим разрядом, созданным из-за очень низкой влажности здесь, в Колорадо. Опять же, не так предсказуемо, но супер обильно.
Мне любопытно, у вас была твердая внутренняя плоскость заземления в вашем приложении?
ajs410
3

Для начала я бы использовал специальные диоды подавления электростатического разряда вместо обычных стабилитронов; они быстрее и лучше выдерживают высокое напряжение.

Ваши опасения по поводу относительного размещения оправданы. Ток действительно может разделиться и достичь как защитного диода, так и контроллера. Поэтому всегда размещайте диод между разъемом и контроллером и не размещайте их на следе заглушки, потому что вы создадите ту же проблему. Поместите диод ESD на самой трассе.

Убедитесь, что расстояние и сопротивление относительно заземляющей плоскости максимально короткие. Чем больше площадь земли, тем больше ее емкость и ниже остаточное напряжение.
Не считайте слишком много на земле, это слишком далеко; разряд может уничтожить все ваши CMOS, прежде чем он достигнет земли.


ΩПеремычка уменьшает ток разряда, который в противном случае соединялся бы с соседними следами и вызвал бы там чрезмерные напряжения. Результаты испытаний ESD были в порядке.

stevenvh
источник
Я слышал о «громоотводе», называемом искровым разрядником, кусочком меди без маски. Я читал, что это очень хорошая техника для многих кВ, особенно в сочетании с чем-то немного «более быстрым», чтобы поймать материал на несколько кВ. Чистая медь также может добавить некоторую паразитную емкость, которая может или не может быть проблемой в зависимости от приложения (для меня это не так)
ajs410
@ ajs410 - Если следы искрового промежутка являются заостренными (как и должно быть), емкость будет в диапазоне femtofarad, я не могу представить себе множество приложений, где это может вызвать проблемы.
Stevenvh