Comment l’inductance parasite peut influencer votre protection contre les ESD

Quand j'étais petit, je voulais devenir biologiste. Je collectionnais les lézards, les têtards et les insectes, et je dépensais une bonne partie de mon argent de poche pour leur aménager des vivariums. Par contre, certains organismes me dégoûtaient plus que tout : les parasites ! Je peux laisser une mante religieuse ou un serpent se balader sur mes épaules, mais la simple vue d'un ver solitaire me donne des hauts-le-cœur. Finalement, je me suis lancé dans l’ingénierie, où je n'avais plus besoin de nourrir tout ce petit monde. Dans ce domaine, il existe bien des circuits parasites, mais ils ont l'avantage de ne pas me donner envie de vomir.

En particulier, l’inductance (L) de type parasite peut avoir un impact significatif sur l’efficacité de votre protection contre les décharges électrostatiques (ESD). La gestion de vos interfaces et l'utilisation d'un suppresseur de tension transitoire (TVS) à vos entrées sont des étapes primordiales. Toutefois, si vous ne réduisez pas l'inductance parasite au minimum, votre travail aura été vain. C'est particulièrement vrai lorsque vous utilisez une diode TVS. Si une diode TVS observe une inductance parasite élevée, dans le cas d’une ESD, la tension peut grimper de manière spectaculaire, ce qui laisse les composants sans protection.

J’ai recueilli beaucoup de petites créatures dans mon enfance, comme des anolis, mais une sainte horreur des parasites m’a empêché d’entamer une carrière en biologie.

Quel est l'effet de l'inductance parasite sur mon circuit de protection ?

Pour le déterminer, il faut observer l’inductance dans un circuit de protection TVS et se remémorer nos premiers cours sur les circuits.

L'inductance parasite dans un circuit de protection TVS.
 

Considérons la tension de la décharge électrostatique (VESD) : VESD = VCLAQUAGE(TVS) + RDYNAMIQUE(TVS)*IESD + LESD(dIESD/dt). Si vous voulez pousser le calcul plus loin, Texas Instruments propose une explication formidable. Pour ceux qui lisent cet article en diagonale à la pause déjeuner, il faut surtout garder la fin : LESD(dIESD/dt). Puisque t est très petit, dIESD/dt sera très grand. Même si l'inductance LESD est très faible, une énorme pointe de tension peut toujours se produire dans le système.

Comment réduire l’inductance parasite de mon système?

Que faire si le problème est inhérent aux pistes de votre circuit imprimé ? Il faut placer vos composants de manière intelligente pour minimiser les shunt et l’inductance parasite provoquée.

Réduisez au minimum toute inductance de la TVS à la terre en gardant la piste courte et en recourant à un routage direct. N’utilisez pas d'embout stub ou de via pour vous connecter au plan de masse, afin d'éviter toute longueur de trajet supplémentaire ou tout matériel susceptible de contribuer à LGND.

Il en va de même pour l’entrée de la TVS : plus c'est court, mieux c'est. N'utilisez pas de vias ou de stubs. L ESD peut également avoir un impact négatif sur l'inductance parasite et sur vos protections. Gardez la TVS non loin du connecteur d’entrée. En plus de maintenir l'inductance parasite à un niveau faible, cela aidera à prévenir un couplage transitoire de l’impulsion ESD dans les pistes voisines.

Minimisez la longueur de la piste et n’utilisez pas de vias pour vous connecter à votre TVS.

Où puis-je positionner mes composants sensibles ?

Placez les composants sous protection encore plus loin de la TVS. Ne vous contentez pas de garder l’inductance LESD au plus bas ; il faudra également maximiser le rapport LIC /Lentrée sur la ligne de protection. Comme l’explique Machine Design, « la non linéarité de LIC agit comme un tampon pour le pic initial de l’impulsion ESD. Cela crée une chute de tension importante vers l’IC. Plus cette inductance se réduit plus le composant sensible à l'électrostatique est proche de l'IC, et la chute de tension se réduit au point de n’apporter aucun avantage supplémentaire. »

Fondamentalement, en plaçant vos composants sensibles plus loin de l’entrée et de la protection TVS, vous pouvez vous arranger pour qu'une partie de la résistance parasite travaille en votre faveur, en diminuant la pointe de tension de l’impulsion de l’ESD subie par vos composants.

Placer correctement vos composants est loin d'être aussi terrifiant qu'un ver qui prend le contrôle du cerveau d'un criquet (c'est le genre d'anecdote que je ne parviens pas à oublier), mais ce n'est pas agréable de le refaire encore et encore. Si vous utilisez des méthodes de protection similaires sur plusieurs produits, vous pouvez concevoir vos circuits une fois pour toutes et opter pourdes conceptions modulaires afin de les réutiliser. Un logiciel consacré aux circuits imprimés, comme Altium Designer, simplifie l'implémentation de vos conceptions modulaires et vous aide à protéger votre circuit imprimé. Vous pouvez contacter un représentant Altium pour vous aider à démarrer.