Zalecenia dotyczące układu diod ESD

Mam złącze we / wy DB25, przelotowe. Piny łączą się z MCU SMT, które chcę chronić przed ESD, w szczególności IEC 61000-4-2. Chcę użyć diod SMT Zenera do ochrony pinów.

Rozważam różne układy. Wyobrażam sobie, że optymalny układ miałby diody między DB25 a MCU. W ten sposób zdarzenie ESD może zostać przetoczone na ziemię, zanim dotrze do MCU

MCU <-> Diody <-> DB25

Chciałbym jednak skorzystać z przelotowych otworów w DB25, aby uprościć routing i zmniejszyć liczbę wymaganych przelotek. Jednak w ten sposób diody znajdą się po „drugiej stronie” DB25.

MCU <-> DB25 <-> Diody

Czy to zły pomysł? Jestem nieco zaniepokojony tym, czy wystarczająco szybkie uderzenie ESD może „rozdzielić się” i dotrzeć do MCU, zanim diody zaczną w pełni przewodzić.

Jeśli tak jest, czy można by to złagodzić, gdyby ślady MCU <-> DB25 były uruchamiane na dolnej warstwie, podczas gdy ślady DB25 <-> Diodes były na górnej warstwie? Czy dodane przelotki między MCU i DB25 zachęcałyby prąd ESD do przejścia przez diodę?

Trudno poradzić sobie z ESD, a rozwiązania są bardziej czarną magią niż nauką. Biorąc to pod uwagę, chcesz, aby impedancja uziemienia była mniejsza niż impedancja chronionego układu. Można to zrobić na kilka sposobów, a najbardziej praktyczne rozwiązanie prawdopodobnie będzie obejmować kilka z tych rzeczy naraz.

1. Umieszczenie i wyznaczanie tras to dobry początek. Jak zauważyłeś, MCU <-> Diody <-> DB25 jest prawdopodobnie najlepsze, chociaż MCU <-> DB25 <-> Diody mogą działać. Aby działało, ślady na diodach powinny być grube i krótkie. Ślady na MCU powinny być długie i cienkie. Ale IMHO, samo zrobienie tego nie wystarczy dla produktu komercyjnego.

2. Umieść jakiś opornik lub koralik ferrytowy między DB25 / Diodes a MCU. Wolę do tego rezystory, ponieważ ich impedancja jest bardziej przewidywalna przy wysokich częstotliwościach, ale koralik może również działać. Rezystor około 10 do 50 omów jest dobry, w zależności od charakteru sygnałów, które generujesz. Ten rezystor / koralik zwiększy impedancję do MCU, prowadząc ESD do uziemienia w inny sposób.

3. Umieść kondensator równolegle z diodami. Wartość 3 nF jest idealna do ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Ale w zależności od sygnału może być konieczne użycie mniejszego lub większego albo wcale. Największe, z czego można uciec, zmniejszy również problemy z EMI. Podstawową funkcją nasadki jest szybkie pochłanianie wstrząsu ESD i ponowne emitowanie go wolniej i przy mniejszym napięciu. Jeśli nasadka jest wystarczająco duża, dioda nie jest wymagana. Ta nasadka tworzy również filtr RC z numerem 2 powyżej i zapobiega wejściu lub wyjściu EMI.

4. Podłącz ekran DB25 do uziemienia podwozia i upewnij się, że podwozie stanowi dobrą osłonę.

Niedawno miałem problem z urządzeniem USB, które ulegało awarii za każdym razem, gdy nastąpiło załamanie ESD w odległości 8 stóp od pudełka. Na koniec musiałem podłączyć obudowę USB do obudowy, dodać rezystory 33 omów do linii danych USB, dodać zaślepki i diody. Dopóki nie zrobiłem wszystkiego, co wciąż doświadczałem porażek. Gdybym odrzucił jeden z nich, którykolwiek, to by się nie powiodło. Teraz działa solidnie, nawet z 1 calowymi iskrami bezpośrednio do podwozia.

Na początek użyłbym specjalnych diod tłumiących ESD zamiast zwykłych diod Zenera; są szybsze i lepiej wytrzymują wysokie napięcie.

Twoje obawy dotyczące względnego umiejscowienia są uzasadnione. Prąd może rzeczywiście rozdzielić się i dotrzeć zarówno do diody zabezpieczającej, jak i do kontrolera. Dlatego zawsze umieszczaj diodę między złączem a sterownikiem i nie umieszczaj ich na ścieżce pośredniej, ponieważ spowoduje to ten sam problem. Umieść diodę ESD na samym śladzie.

Upewnij się, że odległość i opór do płaszczyzny uziemienia są jak najkrótsze. Im większa powierzchnia gruntu, tym większa jest jego pojemność i niższe napięcie pozostałe.
Nie licz zbyt wiele na ziemi, to jest zbyt daleko; wyładowanie może zniszczyć wszystkie CMOS, zanim dotrze do ziemi.

$\Omega$zworka zmniejsza prąd rozładowania, który w przeciwnym razie łączyłby się z pobliskimi śladami i indukowałby tam nadmierne napięcia. Wyniki testów ESD były w porządku.