El uso de la puesta a tierra para proteger sus placas de circuito impreso del daño causado por las descargas electrostáticas

Estaba en secundaria antes de considerar la ingeniería como una carrera fuera de la sala de máquinas en cualquier programa de Star Trek. Aunque, inconscientemente, definitivamente estaba interesado en el tema. Se podía encontrar las señales tempranas de esto, considerando que podía nombrar todos los ingenieros principales de Star Trek. Sin embargo, el acuerdo se selló cuando me encontré ridículamente emocionado al recibir una pulsera antiestática de regalo. ¿No tiene una en su joyero? Bueno, está compuesta por una malla elástica con una ancha cinta de metal que va contra la piel y un cable con un clip mordaza que se fija a tierra. En ese entonces, solo teníamos conexión al Internet vía telefónica, pero eso no me impedía pasar horas esperando que se cargaran las páginas para poder descifrar cómo ponerme a tierra. Armado con mi pulsera antiestática, convencí a mis amigos de que me contrataran para actualizar la memoria RAM de sus ordenadores, o simplemente para que me permitieran abrir sus ordenadores.

^{Aunque la puesta a tierra puede ser tan simple como tocar algún metal y no rascarse los pies, es mejor estar puesto a tierra antes de manipular cualquier cosa sensible a la descarga electrostática (ESD, por sus siglas en inglés).}

El uso de la puesta a tierra para protegerse contra las descargas electrostáticas es necesario durante varias etapas del desarrollo de su producto. Cuando está manipulando productos sensibles, como las tarjetas RAM, las buenas prácticas incluyen el uso de un tapete antiestático y ponerse a tierra. También puede proveer protección de tierra para sus productos diseñándolos adecuadamente. Es mejor aplicar las buenas prácticas de tierra a su placa de circuito impreso y reducir la dependencia a las prácticas de manipulación segura. Como diría Spock, es ilógico asumir que todo cliente o instalador futuro se pondrá a tierra de manera obsesiva al manipular productos sensibles.

Utilice planos de tierra

Existen varias maneras de utilizar una pulsera antiestática para la protección contra la descarga electrostática (ESD, por sus siglas en inglés), pero lo principal es utilizar un plano de tierra de punto común. Aunque no siempre es viable utilizar un diseño multicapa, el plano de tierra realmente le puede ayudar si está preocupado por la protección ESD. Como usted sabe, una súbita descarga de voltaje provoca campos electromagnéticos. Un plano de tierra adecuadamente conectado puede reducir el daño causado por la distribución de la corriente para alejarla de los componentes sensibles.

El uso de un plano de tierra le ofrece otra manera de reducir el área de los bucles de circuitos en los trazos de alimentación a tierra. Cuando reduce el área de los bucles de circuitos,  disminuirá el total de la interferencia electromagnética (EMI, por sus siglas en inglés) provocada dentro del área de bucle. Esto, a su vez, disminuye la corriente correspondiente que puede fluir a los componentes donde no debería.

Proteja sus planos de tierra

Por todo el bien que un plano de tierra puede lograr, también puede actuar como camino directo a sus componentes sensibles si un pulso que es sensible a ESD se descarga directamente en él. Para prevenir este tipo de daño disipativo de la estática, recuerde que debe utilizar los circuitos de supresión de voltaje transitorio (TVS, por sus siglas en inglés) entre la alimentación y la tierra en los componentes sensibles para desviar las corrientes inducidas. Cuando es implementado correctamente, el diferencial de voltaje experimentado por los componentes será mantenido al voltaje de sujeción del TVS.

También puede utilizar condensadores de derivación de alta frecuencia entre la alimentación y la conexión a tierra en componentes sensibles. Los condensadores reducirán la inyección de carga y diferencias de voltaje entre la alimentación y la tierra. Mantenga esos condensadores y los TVS cerca de los componentes que le preocupan para protegerlos contra cargas estáticas.

Además, debe utilizar un área de conexión de cobre cuando fija los conectores a su placa de circuito impreso (PCB, por sus siglas en inglés). Asegúrese de que el área de conexión se encuentre separada de la tierra de la PCB,o  si no, acaba de introducir una buena vía de baja resistencia para que el ESD pueda llegar a todos sus componentes, a pesar de haber puesto en lugar toda esa protección eléctrica de tierra. Y, en general, debe minimizar la longitud de las vías cuando sea posible. 

Utilice un chasis de tierra

Al igual que se pone a tierra usted mismo y la carcasa de un ordenador de torre antes de comenzar a sacar cosas, puede poner a tierra la carcasa externa de su producto. Al permitir que la placa y el chasis compartan una conexión a tierra, puede mejorar la conexión a tierra de todo el sistema. Una de las maneras más fáciles de implementar una conexión a tierra del chasis es incluir un “tornillo para chasis” que conecta el plano de tierra al chasis. Sin embargo, debe asegurarse que está utilizando separadores adecuados para que otros componentes no queden aplastados o fusionados a la carcasa mediante un cortocircuito al momento de atornillar la placa de circuito impreso en su lugar.

^{El uso de un tornillo para chasis le puede ayudar poner en tierra su PCB a la carcasa externa, y luego a tierra física.}

Además, el poner en tierra con un tornillo para chasis hace que los circuitos de protección ESD sean más efectivos cuando utiliza la supresión de voltaje transitorio en las entradas. Recuerde que debe separar la masa del chasis de la tierra digital y análoga con el uso de componentes inductivos. Así, una descarga a tierra no será compartida por accidente con los demás componentes.

Si está diseñando circuitos de alta velocidad, sabe que siempre son más difíciles de optimizar su rendimiento. Esto es particularmente cierto si está enrutando a través de múltiples planos de tierra, como por ejemplo un chasis y una capa de placa de circuito impreso. El mejor caso posible es que puede conectar la tierra del chasis directamente a tierra. Si esa no es una opción, debe mantener todos los planos de tierra estrechamente acoplados entre sí. Esto permitirá minimizar cualquier “desplazamiento de tierra” al entorno de los componentes claves.

Cuando utiliza una conexión a tierra para su chasis, Texas Instruments recomienda que debe mantenerla “inmediatamente adyacente” a la puesta a tierra de su TVS al igual que a la puesta a tierra de la fuente ESD esperada, generalmente una pantalla de conector en la entrada.

^{Los dedos bien intencionados pueden hacer mucho daño no intencionado al instalar, limpiar o inspeccionar una placa de circuito impreso.}

El incorporar una buena puesta a tierra en su diseño le puede ahorrar muchos daños causados por dedos torpes o curiosos, sin importar qué tan bien intencionados sean. Y aunque añade una capa de complejidad adicional el planificar para su carcasa y separadores, le puede ahorrar mucho tiempo en hacer revisiones (también llamado “respin” en inglés) a su diseño. Una herramienta de la PCB que puede ayudar a administrar la complejidad agregada es el producto 3D clearance de Altium. Al permitir que Altium administre el espacio físico de su pizarra y su caja, puede concentrarse en el resto de su diseño. Puede comenzar con Altium ahora mismo, y lograr que todo salga bien ¡a la primera!

 

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