ESD-Erdungsanforderungen in Ihrer nächsten Leiterplatte

Jede Leiterplatte, die in einer Umgebung mit Hochspannungsgeräten oder Stromquellen eingesetzt wird, ist einem Risiko durch elektrostatische Entladungen (ESD) ausgesetzt. Statische Elektrizität kann auch direkt in eine Platine entladen werden und empfindliche elektronische Bauteile beschädigen, wenn eine Platine ohne Handgelenkband gehandhabt wird. Dies induziert eine transiente Spannung in der PCB, die Schäden an empfindlichen Komponenten verursachen kann. In extremen Fällen, wie bei Blitzschlägen oder großen Stromspitzen, können ESD und transiente Spannungen dazu führen, dass eine Platine Feuer fängt, ähnlich wie bei einem Kurzschluss eines Stromkreises.

Angesichts der Gefahren, die mit ESD verbunden sind, definieren viele Industriestandards ESD-Erdungsanforderungen zum Schutz empfindlicher Schaltkreise. Mit der richtigen Entwurfssoftware können Sie Maßnahmen implementieren, um Ihre Schaltkreise durch Befolgung der richtigen ESD-Erdungsanforderungen vor Schäden zu schützen. Altium Designer enthält die wichtigen Werkzeuge, die Sie benötigen, um einen Erdungsplan zu erstellen, der den für Ihre Anwendung erforderlichen ESD-Schutz bieten kann.

ALTIUM DESIGNER^®

Ein PCB-Designpaket mit den besten Funktionen für Schaltplanentwurf, Komponentenmanagement und Layout in einer einzigen Softwareplattform.

Blitzeinschläge, Stromspitzen von Ihrem lokalen Energieversorger, Kurzschlüsse in Ihrer häuslichen Elektroinstallation; all dies kann mit einem Überspannungsschutz abgesichert werden. Wahrscheinlich verwenden Sie bereits Steckerleisten in Ihrer Heimelektronik, sodass Sie mit dem Überspannungsschutz vertraut sind, den sie bieten. Ein Überspannungsschutz wird den Stromstoß, der in Ihren elektronischen Produkten induziert wird, dämpfen und sie so vor Schäden schützen. Ihr Haus-Sicherungskasten enthält einen Schalter, der im Falle eines Kurzschlusses automatisch auslöst und so Ihr Zuhause vor einem elektrischen Brand schützt.

Die transienten Spannungs- und Stromspitzen, die in all diesen Systemen induziert werden können, treten auch in Geräten auf, die nicht an eine 110 V oder 220 V Wechselstromleitung angeschlossen sind. Viele Industriestandards fordern, dass Leiterplatten für elektronische Produkte Mechanismen zur Unterdrückung transienter Spannungen enthalten. Die akzeptablen Grenzwerte für Leistungsschwankungen und transiente Spannungen aufgrund von ESD werden mit der CBEMA-Kurve definiert, und diese Kurve bildet den Grundstein vieler Industrieanforderungen.

Es gibt mehrere Methoden, die Sie bei Ihren Platinen implementieren können, um sie vor Schäden durch ESD zu schützen. Die wohl effektivste Strategie ist es, Ihre Komponenten durch die Implementierung der richtigen ESD-Erdungsstrategie vor Schäden zu schützen. Unabhängig davon, für welche Methode Sie sich entscheiden, müssen Sie mit einer Design-Software arbeiten, die es einfach macht, diese Schutzmaßnahmen auf PCB-Ebene zu implementieren. Dies geht über die einfache Planung hinaus, einen Überspannungsschutz oder einen Leistungsschalter zum Schutz elektronischer Geräte zu verwenden.

ESD-Erdungsmethoden für Schockmanagement

Die einfachste und dennoch effektivste Methode zur Unterdrückung von transienten Spannungen und zum Schutz empfindlicher Schaltkreise vor ESD besteht darin, die Stromzufuhr zum Schaltkreis im Falle eines Spitzenwerts zu unterbrechen. Sie können dafür einen Leistungsschalter oder eine Sicherung verwenden, aber diese Strategie hängt davon ab, eines oder mehrere dieser Elemente an der richtigen Stelle auf Ihrer Platine zu platzieren. Offensichtlich wird dies schnell unpraktisch angesichts der zahlreichen anderen Anforderungen, die die meisten Designs mit sich bringen.

Die beste Anwendung von ESD-Erdungsanforderungen für das Schockmanagement besteht darin, Ihre Platine vor ESD zu schützen, der direkt von einer externen Quelle auf Ihre Platine übertragen wird. Eine bessere Option ist es, eine Erdungsstrategie zu entwerfen, die jede Entladung statischer Elektrizität zu einem elektrischen Erdungspunkt leitet. Dies verhindert, dass eine induzierte Spannung einen Strom in Ihre Komponenten leitet.

Entwerfen Ihrer Platine mit einer Erdungsstrategie

Die Implementierung einer Erdungsstrategie erfordert mehr als nur das Platzieren einer Masseebene auf Ihrer Platine. Wenn eine statische Ladung zwischen zwei Punkten eine ESD direkt in Ihre Masseebene induziert, kann der Strom direkt zu empfindlichen Komponenten fließen, die mit der Masseebene verbunden sind. Eine transiente Spannung, die in der Platine induziert wird, neigt dazu, ziemlich stark zu sein, treibt und induziert Ströme an anderen Stellen auf Ihrer Platine, die Komponenten beschädigen können.

Glücklicherweise gibt es einige Komponenten, die Sie zusammen mit Ihrer Masseebene installieren können, um empfindliche Elektronik vor einem ESD-Ereignis zu schützen. Zwei wichtige Komponenten sind TVS-Dioden und Bypass-Kondensatoren. Wenn sie richtig mit einer Masseebene und einer größeren Erdungsstrategie kombiniert werden, können Sie die ESD-Erdungsanforderungen für Ihr Gerät erfüllen.

• ESD kann aus einer Reihe von externen Quellen entstehen und ist in vielen elektronischen Geräten wichtig. Mehr über die Ursachen von ESD zu erfahren, kann Ihnen helfen, das richtige Design zu implementieren, um Ihre Schaltkreise gegen ein ESD-Ereignis zu schützen. Erfahren Sie mehr über ESD und einige Schutzmaßnahmen für Ihre PCB.
• Das einfache Platzieren einer Masseebene irgendwo auf Ihrer Platine reicht nicht aus, um jedes ESD-Ereignis zu unterdrücken. Erfahren Sie mehr über die Verwendung einer PCB-Masseebene für den ESD-Schutz.
• Sobald ESD auftritt, kann der schnelle Stromfluss und ein transientes Spannungssignal Ströme an anderer Stelle in Ihrer Schaltung aufgrund parasitärer Induktivität induzieren. Einige kluge Designentscheidungen können Ihren Schaltungen helfen, ESD zu widerstehen. Erfahren Sie mehr über die Beziehung zwischen ESD und parasitärer Induktivität in Ihrer Leiterplatte.

Platzierung einer TVS-Diode in einem elektronischen Schaltplan

Komponenten- und Gehäuseerdung für ESD-Schutz

Ob Sie eine Platine in der Nähe anderer Hochspannungsquellen einsetzen oder Ihre Platine einfach nur vor statischer Elektrizität schützen möchten, die richtige Erdungsstrategie wird Ströme von empfindlichen Komponenten weg und zurück zu einem Erdungspunkt leiten. Neben der Platzierung einer Massefläche in Ihrer Leiterplatte werden einige kluge Komponentenplatzierungsstrategien Ihren Komponenten einen signifikanten ESD-Schutz bieten. Zusätzlich zum Einsatz von Bypass-Kondensatoren und bedachtem Einsatz von TVS-Dioden sollten die Leiterbahnlängen zwischen den Komponenten so kurz wie möglich sein, um die parasitäre Induktivität zu minimieren.

Vielleicht ist die beste Erdungsstrategie, eine Verbindung zwischen Ihrer Massefläche und dem Gehäuse Ihres Geräts herzustellen. Dies ermöglicht es, dass jeder Stromstoß aufgrund eines ESD-Ereignisses über ein massives Metallgehäuse zurück zur Erde fließen kann. Dies ermöglicht es einem induzierten Strom, durch Ihre Erdungsverbindung zu fließen und von Ihrer Platine weg, anstatt durch empfindliche Komponenten zu fließen.

Wie man die ESD-Erdungskonformität zur Schockverwaltung überprüft

Die Verwendung von Komponenten allein ist keine Allheillösung für ESD-Probleme, und das gilt auch für eine Masseebene auf Ihrer Platine. Anstatt sich allein auf Komponenten oder Erdung zu verlassen, sollte Ihre Entwurfssoftware es Ihnen ermöglichen, beide Strategien zu implementieren, um sich vor ESD zu schützen. Mit der richtigen Software können Sie die richtigen Komponenten für einen starken ESD-Schutz finden und platzieren, sowie eine Erdungsstrategie für Ihre Platine entwerfen.

Wenn Ihre PCB-Designsoftware neben Ihren Entwurfsfunktionen auch Simulationstools für die Stromversorgung enthält, können Sie sofort die Reaktion auf eine transiente Spannung in Ihrer Platine simulieren. Die Reaktion in verschiedenen Signalleitungen oder -bahnen kann dann mit den elektrischen Bewertungen Ihrer Komponenten verglichen werden, was es Ihnen ermöglicht, die Wirksamkeit Ihrer ESD-Unterdrückungsstrategie zu bestimmen.

• Nachdem Sie die richtigen Komponenten zu Ihrem Layout hinzugefügt und Ihre Masseebenenentwürfe abgeschlossen haben, können Sie mit einem PDN-Analysator nach Masseschleifen, potenziellen thermischen Problemen und Inseln oder Halbinseln suchen. Die richtige PCB-Designsoftware enthält dies neben Ihren Entwurfsfunktionen. Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie Ihre Erdungsstrategie mit einem PDN-Analysator untersuchen können.
• Mit dem richtigen Simulationspaket können Sie eine transiente Analyse durchführen und die Wirksamkeit Ihrer ESD-Schutzstrategie bestimmen. Erfahren Sie mehr über die transiente Analyse in Ihrer PCB-Designsoftware.
• PDN-Analysatoren offenbaren eine erhebliche Menge an Informationen über Ihr Stromverteilungsnetzwerk in einem einzigen Simulationsausgang. Die Anzeichen von PDN-Problemen zu erkennen, erfordert etwas Erfahrung, aber Altium stellt Ihnen die Ressourcen zur Verfügung, um mit diesem leistungsstarken Werkzeug zu arbeiten. Erfahren Sie mehr über die Anzeichen eines schlechten Stromverteilungsnetzwerks in Ihrem PCB.

Das Entwerfen und Platzieren einer Kupferregion in Altium Designer

ESD-Schutz mit der besten PCB-Software entwerfen

Wie kann die richtige Software Ihnen helfen, eine starke Erdungsstrategie zu implementieren? Neben dem Platzieren von Komponenten, dem Anlegen einer Massefläche und dem Definieren von Masseverbindungen zu einem Gehäuse, wird die beste PCB-Designsoftware diese Daten direkt in Simulations- und Verifizierungsfunktionen einspeisen. Sie sollten nicht zu einem anderen Programm wechseln müssen, um die Wirksamkeit Ihrer ESD-Schutzstrategie zu simulieren. Mit Altium Designer integrieren sich Ihre Designwerkzeuge direkt mit Ihren Simulations- und Analysefunktionen in einer einzigen Schnittstelle.

Altium Designer: Design- und ESD-Simulationsfunktionen in einem einzigen Programm

Die Tage, an denen man zwischen Programmen für wesentliche Entwurfs- und Analyseaufgaben wechseln musste, sind vorbei. Wenn Ihre Entwurfs-, Layout- und Analysewerkzeuge innerhalb eines einzigen Programms zugänglich sind, können Sie leicht Designprobleme identifizieren, die eine Anfälligkeit für ESD schaffen, und diese innerhalb eines einzigen Programms korrigieren. Sie müssen keine Daten zwischen ESD-Kontrollprogrammen exportieren und importieren, wenn Sie mit Altium Designer arbeiten. Kein anderes PCB-Designsoftwareprogramm bietet dieses Maß an Anpassungsfähigkeit.

• Die Komponentensuche und -verwaltungsfunktionen in Altium Designer ermöglichen es Ihnen, die richtigen Komponenten für den ESD-Schutz zu platzieren und zu beschaffen. Erfahren Sie mehr über die Komponentenverwaltungsfunktionen in Altium Designer.
• Die Überprüfung der Wirksamkeit Ihrer ESD-Schutzstrategie erfordert Simulations- und Analysewerkzeuge, die direkt mit Ihren Entwurfsdaten interagieren. Erfahren Sie mehr über die PDN-Analysatorerweiterung in Altium Designer.
• Das Design der Masseebene für Ihre PCB erfordert CAD-Werkzeuge, die in Ihre Entwurfssoftware integriert sind. Sie sollten Ihr Board nicht für einen so wesentlichen Entwurfsschritt in ein kommandozeilenbasiertes CAD-Programm exportieren müssen. Erfahren Sie mehr über effiziente Polygon-Designpraktiken in Altium Designer.

Das Layout und die Komponentenverwaltungsfunktionen in Altium Designer sind alle innerhalb eines einzigen Programms zugänglich und ermöglichen es Ihnen, jede Strategie umzusetzen, um Ihre ESD-Erdungsanforderungen zu erfüllen. Sie müssen nicht zwischen verschiedenen Programmen wechseln, um eine Erdungsstrategie zu implementieren oder auf die Komponenten zuzugreifen, die Sie benötigen, um Ihre Platine vor ESD zu schützen. Unabhängig davon, in welcher Branche Sie arbeiten, Altium Designer bietet die Werkzeuge, die Sie benötigen, um ESD-Schutz für jede PCB zu integrieren.

Einheitliches Design hilft Ihnen, produktiv zu bleiben, indem es alle Ihre Funktionen in einer einzigen Umgebung mit einer konsistenten Schnittstelle platziert. Wenn dieser Design-Workflow ungewohnt ist, wird Altium mit Ressourcen da sein, um Ihnen zum Erfolg zu verhelfen. Sie haben Zugang zum AltiumLive-Forum, einer Wissensdatenbank mit nützlichen Designtipps, sowie zu Webinaren und Podcasts mit Designexperten. Altium bietet Ihnen alle Ressourcen, die Sie benötigen, um erfolgreich zu designen.

Keine andere Designplattform beinhaltet die wichtigen schematischen und Layout-Funktionen für PCB-Design. Diese Funktionen sind neben Komponentenverwaltungs- und Verifizierungswerkzeugen in einem einzigen Programm platziert. Anstatt mehrere ESD-Kontrollprogramme mit inkonsistentem Workflow und separaten Funktionssätzen zu verwenden, müssen Sie mit der einzigen integrierten PCB-Designsoftwareplattform arbeiten. Entwerfen Sie Ihre nächste PCB mit ESD-Schutz mit Altium Designer.