Электростатический разряд (ESD) может повредить чувствительные компоненты, такие как MOSFET, CMOS и P-N переходы, что приводит к проблемам, таким как повреждение затвора, короткие замыкания и даже плавление проводов. Это руководство предлагает практические стратегии проектирования печатных плат, которые эффективно предотвращают вредное воздействие ESD на схемы.
Основные методы предотвращения ESD в проектировании печатных плат
1. Методы многослойного проектирования
- Многослойные платы: Используйте многослойные платы, когда это возможно. Добавление слоев земли и питания снижает импеданс и индуктивную связь на 90–99% по сравнению с двухслойными платами. Размещайте сигнальные слои рядом с плоскостями питания или земли для улучшенной защиты от ESD.
- Сетка земли на двухслойных платах: На двухслойных платах создавайте сетку земли и питания с размером ячеек не более 60 мм, а лучше — менее 13 мм для лучшей проводимости и снижения помех.
2. Оптимизация расположения компонентов
- Компактное расположение: Размещайте цепи максимально компактно, чтобы снизить уязвимость к ESD.
- Расположение разъемов: Сгруппируйте все разъемы на одной стороне платы для упрощения заземления.
- Подача питания: Подавайте питание от центра платы, подальше от областей с высоким риском ESD.
3. Заземление шасси
- Расположение земли шасси: Поместите широкую или полигональную землю шасси на всех слоях печатной платы вблизи внешних разъемов для предотвращения прямого воздействия ESD, соединяя их через переходные отверстия каждые 13 мм.
- Монтажные отверстия: Разместите монтажные отверстия на краю платы и соедините их с землей шасси, используя площадки без маски на верхнем и нижнем слоях.
4. Заземление и изоляция цепей
- Зоны изоляции: Поддерживайте изоляционную зону шириной 0,64 мм между землей шасси и землей схемы на всех слоях.
- Периодические соединения: Добавьте заземляющее соединение шириной 1,27 мм каждые 100 мм вдоль земли шасси вблизи монтажных отверстий для стабильного заземления.
5. Кольцевое заземление
- Кольцевая земля: Создайте кольцевую земляную дорожку шириной 2,5 мм или более по периметру схемы, соединяя ее переходными отверстиями каждые 13 мм.
- Открытые зазоры: Оставьте зазор шириной 0,5 мм на кольцевой земле (по всем слоям), чтобы предотвратить образование большого контура, что уменьшит вероятность ESD.
6. Заземление сигнальных линий
- Параллельные линии заземления: В зонах высокого риска ESD прокладывайте линии заземления рядом с сигнальными линиями для поддержания целостности заземления.
- Центральное расположение чувствительных цепей: Размещайте компоненты, чувствительные к ESD, ближе к центру платы, чтобы их экранировали другие схемы.
7. Последовательные резисторы, ферритовые фильтры и защитные устройства
- Резисторы на стороне приема: Установите последовательные резисторы или ферритовые фильтры на приемной стороне, и используйте их также на передающей стороне для чувствительных кабельных драйверов.
- Защитные устройства от переходных процессов: Установите защитные устройства от переходных процессов на приемной стороне, используя короткие толстые провода для заземления.
8. Фильтрация и размещение конденсаторов
- Фильтрация разъемов: Используйте фильтрующие конденсаторы в пределах 25 мм от разъемов для перехвата ESD, используя короткие толстые провода для заземления.
- Сокращение площадей контуров: Чередуйте сигнальные и заземляющие дорожки на длинных сигнальных линиях для минимизации площади контуров.
9. Оптимизация питания и заземления
- Минимизация контуров питания-заземления: Держите контуры питания и заземления небольшими, устанавливая высокочастотные байпасные конденсаторы на каждом выводе питания ИС.
- Байпасные конденсаторы у разъемов: Установите байпасные конденсаторы в пределах 80 мм от каждого разъема для быстрого заземления ESD.
10. Заполнение неиспользуемых зон и соединение прорезей питания/заземления
- Соединение незадействованных областей: Соединяйте незадействованные области земли каждые 60 мм для повышения заземления.
- Открытые зоны на плоскости питания: Для прорезей >8 мм на плоскостях питания или земли используйте узкие соединения для объединения сторон и поддержания целостности земли.
11. Расположение линий сброса, прерывания и управляющих сигналов
- Расположение чувствительных линий: Избегайте прокладки линий сброса и прерывания вдоль краев платы и около входных/выходных цепей. Применяйте высокочастотную фильтрацию на этих линиях для дополнительной защиты.
12. Монтаж в шасси и маршрутизация сигнальных линий
- Монтаж в шасси: Вставляйте печатную плату в шасси, чтобы снизить риск воздействия ESD.
- Прокладка линий у ферритовых бусин: Внимательно прокладывайте линии сигналов под ферритовыми бусинами, так как некоторые бусины могут иметь проводящие пути, которые могут случайно соединять схемы.
Интеграция этих принципов проектирования позволяет достичь повышенной защиты от ESD, улучшая устойчивость к статическому электричеству в окружающей среде и при обращении с платой, обеспечивая надежную работу в требовательных условиях.
