Requisitos de conexión a tierra ESD en tu próxima PCB

Cualquier PCB que vaya a ser desplegado en un entorno rodeado de equipos de alta tensión o fuentes de energía corre el riesgo de descarga electrostática (ESD, por sus siglas en inglés). La electricidad estática también puede descargarse directamente en una placa y arruinar componentes electrónicos sensibles si se maneja la placa sin una pulsera antiestática. Esto induce un voltaje transitorio en el PCB, lo cual puede causar daño a componentes sensibles. En casos extremos, como golpes de rayo o grandes sobretensiones, el ESD y los voltajes transitorios pueden hacer que una placa se incendie, similar a lo que sucede cuando un circuito se cortocircuita.

Dado los peligros asociados con el ESD, muchos estándares de la industria definen requisitos de conexión a tierra para ESD para proteger circuitos sensibles. Con el software de diseño adecuado, puedes implementar medidas para proteger tus circuitos de daños siguiendo los requisitos de conexión a tierra para ESD correctos. Altium Designer contiene las herramientas importantes que necesitas para crear un plano de conexión a tierra que pueda proporcionar el nivel adecuado de protección contra ESD requerido para tu aplicación.

ALTIUM DESIGNER^®

Un paquete de diseño de PCB con las mejores características de diseño esquemático, gestión de componentes y diseño de layout en una sola plataforma de software.

Los rayos, las sobretensiones de su compañía eléctrica local, cortocircuitos en el cableado eléctrico de su hogar; todos estos pueden ser protegidos con un protector contra sobretensiones. Probablemente ya utilice regletas de enchufes en sus electrónicos domésticos, por lo que está familiarizado con la protección contra sobretensiones que proporcionan. Un protector contra sobretensiones atenuará el pico de corriente inducido en sus productos electrónicos, protegiéndolos de daños. Su interruptor de circuito doméstico incluye un interruptor que se activa automáticamente en caso de cortocircuito, protegiendo su hogar de un incendio eléctrico.

Los picos de voltaje y corriente transitorios inducidos en todos estos sistemas pueden ocurrir en dispositivos que no están conectados a una línea de CA de 110 V o 220 V. Muchas normas de la industria requieren que los PCBs para productos electrónicos incluyan mecanismos de supresión de voltaje transitorio. Los límites aceptables para las fluctuaciones de potencia y los voltajes transitorios debido a ESD se definen utilizando la curva CBEMA, y esta curva forma la piedra angular de muchos requisitos de la industria.

Existen varios métodos que puedes implementar en tus placas para protegerlas de daños debido a la ESD. Posiblemente, la estrategia más efectiva es proteger tus componentes de daños implementando la estrategia de conexión a tierra ESD adecuada. No importa qué método elijas, necesitarás trabajar con un software de diseño que facilite la implementación de estas protecciones a nivel de PCB. Esto va más allá de simplemente planear usar un protector contra sobretensiones o un interruptor automático para proteger equipos electrónicos.

Métodos de Conexión a Tierra ESD para el Manejo de Choques

El método más simple y aún así más efectivo para suprimir el voltaje transitorio y prevenir que los circuitos sensibles sufran por la ESD es cortar la energía del circuito en el evento de un pico. Puedes usar un interruptor automático o un fusible para esta estrategia, pero depende de colocar uno o más de estos elementos en el lugar correcto en tu placa. Claramente, esto rápidamente se vuelve impráctico dado los numerosos otros requisitos que la mayoría de los diseños llevan.

La mejor aplicación de los requisitos de conexión a tierra ESD para el manejo de choques implica proteger tu placa de la ESD que viaja directamente a tu placa desde una fuente externa. Una opción mejor es diseñar una estrategia de conexión a tierra que rute cualquier descarga de electricidad estática a una tierra eléctrica. Esto previene que cualquier voltaje inducido pase una corriente a tus componentes.

Diseñando Tu Placa Con una Estrategia de Conexión a Tierra

Implementar una estrategia de puesta a tierra requiere más que simplemente colocar un plano de tierra en tu placa. Si una carga estática entre dos puntos induce ESD directamente en tu plano de tierra, la corriente puede viajar directamente a componentes sensibles que están conectados al plano de tierra. Un voltaje transitorio inducido en la placa tiende a ser bastante fuerte, impulsando e induciendo corrientes en otros lugares de tu placa que pueden dañar componentes.

Afortunadamente, hay algunos componentes que puedes instalar junto a tu plano de tierra para proteger la electrónica sensible de un evento de ESD. Dos componentes importantes son los diodos TVS y los capacitores de desacoplamiento. Cuando se combinan adecuadamente con un plano de tierra y una estrategia de puesta a tierra más amplia, puedes cumplir con los requisitos de puesta a tierra de ESD para tu dispositivo.

• El ESD puede surgir de una serie de fuentes externas y es importante en muchos dispositivos electrónicos. Aprender más sobre las causas del ESD puede ayudarte a implementar el diseño correcto para proteger tus circuitos contra un evento de ESD. Aprende más sobre el ESD y algunas medidas de protección para tu PCB.
• Simplemente colocar un plano de tierra en algún lugar de tu placa no es suficiente para suprimir cada evento de ESD. Aprende más sobre el uso de un plano de tierra en PCB para la protección contra ESD.
• Una vez que ocurre la ESD, el rápido flujo de corriente y una señal de voltaje transitoria pueden inducir corrientes en otras partes de su circuito debido a la inductancia parásita. Algunas elecciones de diseño inteligentes pueden ayudar a sus circuitos a resistir la ESD. Aprenda más sobre la relación entre la ESD y la inductancia parásita en su PCB.

Colocación de un diodo TVS en un esquemático electrónico

Aterrizaje de Componentes y Chasis para Protección contra ESD

Ya sea que esté desplegando una placa cerca de otras fuentes de alto voltaje o simplemente quiera proteger su placa de la electricidad estática, la estrategia de aterrizaje correcta desviará las corrientes lejos de los componentes sensibles y de vuelta a un punto de aterrizaje. Aparte de colocar un plano de tierra en su PCB, algunas estrategias inteligentes de colocación de componentes proporcionarán a sus componentes una protección significativa contra la ESD. Además del uso de capacitores de desacoplamiento y el uso juicioso de diodos TVS, las longitudes de las pistas entre componentes deben ser lo más cortas posible para minimizar la inductancia parásita.

Quizás la mejor estrategia de aterrizaje es adjuntar una conexión entre su plano de tierra y el chasis de su dispositivo. Esto permite que cualquier pico de corriente debido a un evento de ESD viaje de regreso a tierra a través de un chasis metálico voluminoso, alcanzando eventualmente la tierra. Esto permite que una corriente inducida fluya a través de su conexión a tierra y lejos de su placa, en lugar de fluir a través de componentes sensibles.

Cómo Verificar el Cumplimiento de la Conexión a Tierra ESD para la Gestión de Descargas

Usar componentes por sí solos no es una solución definitiva para los problemas de ESD, y lo mismo se aplica a un plano de tierra en tu placa. En lugar de depender únicamente de componentes o de la conexión a tierra, tu software de diseño debería permitirte implementar ambas estrategias para protegerte del ESD. Con el software adecuado, podrás encontrar y colocar los componentes correctos para una fuerte protección contra el ESD, así como diseñar una estrategia de conexión a tierra para tu placa.

Cuando tu software de diseño de PCB incluye herramientas de simulación de potencia junto con tus características de diseño, puedes simular inmediatamente la respuesta a un voltaje transitorio en tu placa. La respuesta en diferentes redes de señales o trazas puede entonces compararse con las calificaciones eléctricas de tus componentes, permitiéndote determinar la efectividad de tu estrategia de supresión de ESD.

• Una vez que hayas agregado los componentes adecuados a tu diseño y terminado tus diseños de plano de tierra, puedes verificar la existencia de bucles de tierra, posibles problemas térmicos, e islas o penínsulas usando un analizador de PDN. El software de diseño de PCB adecuado incluye esto junto con tus características de diseño. Aprende más sobre cómo examinar tu estrategia de conexión a tierra con un analizador de PDN.
• Con el paquete de simulación adecuado, puedes realizar un análisis transitorio y determinar la efectividad de tu estrategia de protección contra ESD. Aprende más sobre el análisis transitorio en tu software de diseño de PCB.
• Los analizadores de PDN revelan una cantidad significativa de información sobre tu red de distribución de energía en una sola salida de simulación. Identificar los signos de problemas en la PDN requiere algo de experiencia, pero Altium te proporciona los recursos para trabajar con esta poderosa herramienta. Aprende más sobre los signos de una mala red de distribución de energía en tu PCB.

Diseñando y colocando una región de cobre en Altium Designer

Diseñando Protección ESD Con el Mejor Software de PCB

¿Cómo puede el software adecuado ayudarte a implementar una estrategia de puesta a tierra sólida? Además de colocar componentes, colocar un plano de tierra y definir conexiones a tierra a un chasis, el mejor software de diseño de PCB tomará estos datos y los alimentará directamente en las características de simulación y verificación. No deberías tener que cambiar a un programa diferente para simular la efectividad de tu estrategia de protección ESD. Con Altium Designer, tus herramientas de diseño se integran directamente con tus características de simulación y análisis en una única interfaz.

Altium Designer: Diseño y Características de Simulación ESD en un Solo Programa

Los días de cambiar entre programas para tareas esenciales de diseño y análisis han terminado. Cuando tus herramientas de diseño, disposición y análisis están accesibles dentro de un único programa, puedes identificar fácilmente problemas de diseño que crean vulnerabilidad a la ESD y corregirlos dentro de un mismo programa. No tendrás que exportar e importar datos entre programas de control de ESD cuando trabajas con Altium Designer. Ningún otro programa de diseño de PCB ofrece este nivel de adaptabilidad.

• Las características de búsqueda y gestión de componentes en Altium Designer te permiten colocar y adquirir los componentes adecuados para la protección contra ESD. Aprende más sobre las características de gestión de componentes en Altium Designer.
• Examinar la efectividad de tu estrategia de protección contra ESD requiere herramientas de simulación y análisis que se interfazan directamente con tus datos de diseño. Aprende más sobre la extensión del analizador de PDN en Altium Designer.
• El diseño de plano de tierra para tu PCB requiere herramientas CAD que están integradas en tu software de diseño. No deberías tener que exportar tu placa a un programa CAD basado en línea de comandos para un paso de diseño tan esencial. Aprende más sobre prácticas eficientes de diseño de polígonos en Altium Designer.

Las funciones de diseño de distribución y gestión de componentes en Altium Designer son accesibles dentro de un único programa y te permiten implementar cualquier estrategia para cumplir con tus requisitos de conexión a tierra ESD. No tendrás que cambiar entre programas separados para implementar una estrategia de conexión a tierra o acceder a los componentes que necesitas para proteger tu placa contra ESD. No importa en qué industria trabajes, Altium Designer tiene las herramientas que necesitas para incorporar protección ESD para cualquier PCB.

El diseño unificado te ayuda a permanecer productivo al colocar todas tus funciones en un solo entorno con una interfaz consistente. Si este flujo de trabajo de diseño te resulta desconocido, Altium estará allí con recursos para ayudarte a alcanzar el éxito. Tendrás acceso al foro AltiumLive, una base de conocimientos con consejos de diseño útiles, y webinars y podcasts con expertos en diseño. Altium te brinda todos los recursos que necesitas para diseñar con éxito.

Ninguna otra plataforma de diseño incluye las importantes características de esquemático y diseño de distribución para el diseño de PCB. Estas características se colocan junto a herramientas de gestión y verificación de componentes dentro de un único programa. En lugar de usar múltiples programas de control ESD con flujo de trabajo inconsistente y conjuntos de características separadas, necesitas trabajar con la única plataforma de software de diseño de PCB integrada. Diseña tu próximo PCB con protección ESD con Altium Designer.