次のPCBにおけるESD接地要件
高電圧機器や電源に囲まれた環境で使用されるPCBは、静電気放電（ESD）のリスクにさらされています。静電気は、リストストラップなしで基板を扱うと、直接基板に放電して、敏感な電子部品を破壊することもあります。これによりPCBに一時的な電圧が誘導され、敏感な部品に損傷を与える可能性があります。極端な場合、例えば雷撃や大規模な電力サージのように、ESDと一時的な電圧は、回路がショートするときと同様に、基板が火を捕らえる原因となることがあります。
ESDに関連する危険性を考えると、多くの業界標準では、敏感な回路を保護するためのESD接地要件を定義しています。適切な設計ソフトウェアを使用すれば、適切なESD接地要件に従って回路を損傷から保護するための対策を実装できます。Altium Designerには、アプリケーションに必要なESD保護のレベルを提供できる接地フロアプランを作成するために必要な重要なツールが含まれています。
ALTIUM DESIGNER®
単一のソフトウェアプラットフォームで最高の回路図設計、部品管理、およびレイアウト機能を備えたPCB設計パッケージ。
雷、地元の電力会社からの電力サージ、家庭内の電気配線のショート；これらすべてはサージプロテクターで保護することができます。あなたはすでに家庭用電子機器で電源タップを使用しているので、それらが提供するサージ保護に慣れているでしょう。サージプロテクターは、電子製品に誘導される電流スパイクを減衰させ、損傷から保護します。あなたの家のブレーカーには、ショートサーキットの場合に自動的に作動するスイッチが含まれており、電気火災から家を保護します。
これらのシステムすべてに誘導される過渡電圧および電流スパイクは、110Vまたは220VのACラインに接続されていないデバイスでも発生する可能性があります。多くの業界標準では、電子製品のPCBに過渡電圧抑制メカニズムを含めることが求められています。ESDによる電力変動および過渡電圧の許容限度は、CBEMAカーブを使用して定義され、このカーブは多くの業界要件の基礎を形成しています。
PCB Layout
An integrated PCB editor along with real-time connection to multiple domains.
ESDによる損傷から基板を保護するために実装できるいくつかの方法があります。おそらく、最も効果的な戦略は、適切なESD接地戦略を実装することによってコンポーネントを損傷から保護することです。どの方法を選択しても、これらの保護をPCBレベルで実装するのを容易にする設計ソフトウェアを使用する必要があります。これは、電子機器を保護するためにサージプロテクターや回路遮断器を使用する計画を立てることを超えています。
ショック管理のためのESD接地方法
過渡電圧を抑制し、ESDから敏感な回路を保護するための最も単純でありながら最も効果的な方法は、スパイクの発生時に回路から電力を切断することです。この戦略には、回路遮断器やヒューズを使用できますが、基板の適切な場所にこれらの要素を1つ以上配置することに依存しています。明らかに、これは、ほとんどの設計が持つ数多くの他の要件を考慮すると、すぐに非現実的になります。
ショック管理へのESD接地要件の最適な適用は、外部ソースから直接基板に移動するESDから基板を保護することを含みます。より良いオプションは、静電気からの放電を電気的グラウンドにルーティングする接地戦略を設計することです。これにより、誘導された電圧がコンポーネントに電流を流すのを防ぎます。
接地戦略を持つ基板の設計
グラウンド戦略を実装することは、単にボードにグラウンドプレーンを配置する以上のことを意味します。2点間の静電気が直接グラウンドプレーンにESDを誘導する場合、電流はグラウンドプレーンに接続されている敏感なコンポーネントに直接流れる可能性があります。ボードに誘導される過渡電圧はかなり強力であり、ボードの他の場所に電流を駆動し誘導することがあり、コンポーネントを損傷させる可能性があります。
幸いなことに、グラウンドプレーンと一緒に設置することで、ESDイベントから敏感な電子機器を保護できるいくつかのコンポーネントがあります。重要なコンポーネントには、TVSダイオードとバイパスコンデンサがあります。グラウンドプレーンおよびより大きなグラウンド戦略と適切に組み合わせることで、デバイスのESDグラウンド要件を満たすことができます。
High-Speed PCB Design
Simple solutions to high-speed design challenges.
- ESDは多くの外部ソースから生じる可能性があり、多くの電子デバイスで重要です。ESDの原因について学ぶことで、ESDイベントに対して回路を保護するための適切な設計を実装するのに役立ちます。PCBのためのESDおよびいくつかの保護対策についてもっと学びましょう。
- ボードのどこかにグラウンドプレーンを配置するだけでは、すべてのESDイベントを抑制するには十分ではありません。ESD保護のためのPCBグラウンドプレーンの使用についてもっと学びましょう。
- ESDが発生すると、回路内の他の場所で電流が誘導されることがあります。これは、寄生インダクタンスによる急速な電流の流れと一時的な電圧信号が原因です。賢い設計選択により、回路がESDに耐えられるようにすることができます。PCB内のESDと寄生インダクタンスとの関係についてもっと学びましょう。
電子回路図におけるTVSダイオードの配置
ESD保護のためのコンポーネントとシャーシの接地
他の高電圧源の近くにボードを配置する場合でも、単にボードを静電気から保護したい場合でも、適切な接地戦略は、敏感なコンポーネントから電流を遠ざけ、接地点に戻すことにより、電流を逸らします。PCBにグラウンドプレーンを配置することに加えて、賢いコンポーネント配置戦略は、コンポーネントに顕著なESD保護を提供します。バイパスコンデンサの使用とTVSダイオードの慎重な使用に加えて、コンポーネント間のトレース長は、寄生インダクタンスを最小限に抑えるためにできるだけ短くするべきです。
おそらく最良の接地戦略は、グラウンドプレーンとデバイスのシャーシとの間に接続を取り付けることです。これにより、ESDイベントによる任意の電流スパイクが、大きな金属シャーシを通じて地面に戻ることができます。これにより、誘導された電流が敏感なコンポーネントを通過するのではなく、グラウンド接続を通じてボードから離れて流れることができます。
静電気放電（ESD）グラウンディング遵守の確認方法
コンポーネントを単独で使用するだけでは、ESDの問題を全て解決するわけではありません。そして、基板内のグラウンドプレーンにも同じことが言えます。コンポーネントやグラウンディングに頼るのではなく、設計ソフトウェアはESDから自身を守るために両方の戦略を実装できるようにするべきです。適切なソフトウェアを使用すれば、強力なESD保護のための適切なコンポーネントを見つけて配置するとともに、基板のためのグラウンディング戦略を設計できます。
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PCB設計ソフトウェアに設計機能と並行して電力シミュレーションツールが含まれている場合、基板内の過渡電圧への応答を即座にシミュレートできます。異なる信号ネットやトレースの応答をコンポーネントの電気的定格と比較することで、ESD抑制戦略の有効性を判断できます。
- 適切なコンポーネントをレイアウトに追加し、グラウンドプレーンの設計を完成させたら、PDNアナライザーを使用してグラウンドループ、潜在的な熱問題、島や半島をチェックできます。適切なPCB設計ソフトウェアは、これを設計機能と共に含んでいます。
- 適切なシミュレーションパッケージを使用することで、過渡解析を実行し、ESD保護戦略の有効性を判断することができます。PCB設計ソフトウェアでの過渡解析についてもっと学びましょう。
- PDNアナライザーは、単一のシミュレーション出力で電力分配ネットワークに関する大量の情報を明らかにします。PDNの問題の兆候を見つけるにはある程度の経験が必要ですが、Altiumはこの強力なツールを使用するためのリソースを提供します。
Altium Designerで銅領域を設計および配置する
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最高のPCBソフトウェアでESD保護を設計する
適切なソフトウェアが強力な接地戦略を実装するのにどのように役立つか？ コンポーネントの配置、グラウンドプレーンの配置、シャーシへのグラウンド接続の定義に加えて、最高のPCB設計ソフトウェアは、このデータを直接シミュレーションおよび検証機能にフィードします。ESD保護戦略の有効性をシミュレートするために別のプログラムに切り替える必要はありません。Altium Designerでは、設計ツールがシミュレーションおよび分析機能と直接統合され、単一のインターフェースで提供されます。
Altium Designer：設計およびESDシミュレーション機能を備えた単一のプログラム
設計や分析タスクのためにプログラム間を切り替える日々は終わりました。設計、レイアウト、分析ツールが単一のプログラム内でアクセス可能な場合、ESDに対する脆弱性を生じさせる設計上の問題を簡単に特定し、単一のプログラム内で修正することができます。Altium Designerを使用するとき、ESD制御プログラム間でデータをエクスポートおよびインポートする必要はありません。他のPCB設計ソフトウェアプログラムでは、このレベルの適応性を提供するものはありません。
- Altium Designerのコンポーネント検索および管理機能を使用すると、ESD保護に適したコンポーネントを配置および調達することができます。Altium Designerのコンポーネント管理機能についてもっと学ぶ。
- ESD保護戦略の有効性を検証するには、設計データと直接インターフェースするシミュレーションおよび分析ツールが必要です。Altium DesignerのPDNアナライザー拡張機能についてもっと学ぶ。
- PCBのグラウンドプレーン設計には、設計ソフトウェアに組み込まれたCADツールが必要です。このような重要な設計ステップのために、ボードをコマンドラインベースのCADプログラムにエクスポートする必要はありません。Altium Designerでの効率的なポリゴン設計実践についてもっと学ぶ。
Altium Designerのレイアウトとコンポーネント管理機能は、単一のプログラム内でアクセス可能であり、ESDグラウンディング要件を満たすための任意の戦略を実装することができます。グラウンディング戦略を実装したり、ESDからボードを保護するために必要なコンポーネントにアクセスするために、別々のプログラム間で切り替える必要はありません。どの業界で働いていても、Altium Designerには、任意のPCBにESD保護を組み込むために必要なツールが揃っています。
統一された設計は、一貫したインターフェースを備えた単一の環境にすべての機能を配置することで、生産性を維持するのに役立ちます。この設計ワークフローが馴染みがない場合でも、Altiumが成功に到達するためのリソースを提供します。AltiumLiveフォーラム、有用な設計のヒントが含まれるナレッジベース、設計の専門家とのウェビナーやポッドキャストにアクセスできます。Altiumは、成功するために必要なすべてのリソースを提供します。
他の設計プラットフォームには、PCB設計に必要な重要な回路図とレイアウトの機能が含まれていません。これらの機能は、コンポーネント管理および検証ツールとともに、単一のプログラム内に配置されています。一貫性のないワークフローと別々の機能セットを持つ複数のESD制御プログラムを使用する代わりに、統合された唯一のPCB設計ソフトウェアプラットフォームで作業する必要があります。Altium Designerで次のESD保護付きPCBを設計してください。
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