Wymagania dotyczące uziemienia ESD w Twojej kolejnej płytce PCB

Każda płytka PCB, która będzie używana w środowisku otoczonym przez urządzenia wysokiego napięcia lub źródła zasilania, jest narażona na wyładowania elektrostatyczne (ESD). Elektryczność statyczna może również bezpośrednio rozładować się na płytce i zniszczyć wrażliwe komponenty elektroniczne, jeśli płyta jest obsługiwana bez opaski na nadgarstek. Powoduje to indukowanie przejściowego napięcia w PCB, co może spowodować uszkodzenie wrażliwych komponentów. W ekstremalnych przypadkach, takich jak uderzenia piorunów czy duże przepięcia, ESD i przejściowe napięcia mogą spowodować, że płyta zapali się, podobnie jak w przypadku zwarcia obwodu.

Z uwagi na zagrożenia związane z ESD, wiele norm branżowych określa wymagania dotyczące uziemienia ESD w celu ochrony wrażliwych obwodów. Dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu do projektowania, możesz wdrożyć środki ochronne, aby zabezpieczyć swoje obwody przed uszkodzeniem, stosując się do odpowiednich wymagań dotyczących uziemienia ESD. Altium Designer zawiera ważne narzędzia, których potrzebujesz, aby stworzyć plan uziemienia, który może zapewnić odpowiedni poziom ochrony ESD wymagany dla Twojej aplikacji.

ALTIUM DESIGNER^®

Pakiet do projektowania PCB z najlepszymi funkcjami projektowania schematów, zarządzania komponentami i układaniem w jednej platformie oprogramowania.

Uderzenia piorunów, przepięcia od lokalnego dostawcy energii, zwarcia w domowej instalacji elektrycznej; wszystkie te zjawiska mogą być chronione przez zabezpieczenie przeciwprzepięciowe. Prawdopodobnie już używasz listew zasilających w swoich domowych urządzeniach elektronicznych, więc znasz ochronę przeciwprzepięciową, którą one oferują. Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe będzie tłumić skok prądu indukowany w twoich produktach elektronicznych, chroniąc je przed uszkodzeniem. Twój domowy wyłącznik obwodu zawiera przełącznik, który automatycznie aktywuje się w przypadku zwarcia, chroniąc twój dom przed pożarem elektrycznym.

Przejściowe napięcia i skoki prądu indukowane we wszystkich tych systemach mogą wystąpić w urządzeniach niepodłączonych do linii AC 110 V lub 220 V. Wiele standardów branżowych wymaga, aby PCB dla produktów elektronicznych zawierały mechanizmy tłumienia napięć przejściowych. Akceptowalne limity dla fluktuacji mocy i napięć przejściowych spowodowanych przez ESD są definiowane za pomocą krzywej CBEMA, i ta krzywa stanowi kamień węgielny wielu wymagań branżowych.

Istnieje kilka metod, które możesz zastosować w swoich płytkach, aby chronić je przed uszkodzeniami spowodowanymi przez ESD. Można by rzec, że najskuteczniejszą strategią jest ochrona komponentów przed uszkodzeniami poprzez wdrożenie odpowiedniej strategii uziemienia ESD. Bez względu na to, którą metodę wybierzesz, będziesz musiał pracować z oprogramowaniem do projektowania, które ułatwia implementację tych zabezpieczeń na poziomie PCB. To wykracza poza proste planowanie użycia zabezpieczenia przeciwprzepięciowego czy wyłącznika obwodu do ochrony sprzętu elektronicznego.

Metody uziemienia ESD do zarządzania wstrząsami

Najprostszą, a zarazem najskuteczniejszą metodą na tłumienie napięć przejściowych i ochronę wrażliwych obwodów przed ESD jest odcięcie zasilania od obwodu w przypadku wystąpienia szpilki napięciowej. Możesz użyć wyłącznika obwodu lub bezpiecznika do tej strategii, ale polega to na umieszczeniu jednego lub więcej z tych elementów we właściwym miejscu na płytce. Oczywiście, szybko staje się to niepraktyczne, biorąc pod uwagę liczne inne wymagania, które większość projektów niesie.

Najlepsze zastosowanie wymagań uziemienia ESD do zarządzania wstrząsami polega na ochronie twojej płytki przed ESD, które dociera bezpośrednio do twojej płytki z zewnętrznego źródła. Lepszą opcją jest zaprojektowanie strategii uziemienia, która kieruje wszelkie wyładowania z elektrostatyki do uziemienia elektrycznego. Zapobiega to przenoszeniu indukowanego napięcia na twoje komponenty.

Projektowanie twojej płytki ze strategią uziemienia

Wdrożenie strategii uziemienia wymaga czegoś więcej niż tylko umieszczenia płaszczyzny masy na płytce. Jeśli ładunek statyczny między dwoma punktami indukuje ESD bezpośrednio do twojej płaszczyzny masy, prąd może bezpośrednio przemieszczać się do wrażliwych komponentów, które są połączone z płaszczyzną masy. Przemijające napięcie indukowane na płytce ma tendencję do bycia dość silnym, napędzającym i indukującym prądy gdzie indziej na twojej płytce, co może uszkodzić komponenty.

Na szczęście istnieją pewne komponenty, które możesz zainstalować obok swojej płaszczyzny masy, aby chronić wrażliwe elementy elektroniczne przed zdarzeniem ESD. Dwa ważne komponenty to diody TVS i kondensatory omijające. Kiedy są właściwie połączone z płaszczyzną masy i szerszą strategią uziemienia, możesz spełnić wymagania dotyczące uziemienia ESD dla twojego urządzenia.

• ESD może pochodzić z wielu zewnętrznych źródeł i jest ważne w wielu urządzeniach elektronicznych. Dowiedzenie się więcej o przyczynach ESD może pomóc ci wdrożyć odpowiedni projekt, aby chronić twoje obwody przed zdarzeniem ESD. Dowiedz się więcej o ESD i niektórych środkach ochrony dla twojej PCB.
• Samodzielne umieszczenie płaszczyzny masy gdzieś na płytce nie wystarczy, aby stłumić każde zdarzenie ESD. Dowiedz się więcej o użyciu płaszczyzny masy PCB dla ochrony przed ESD.
• Gdy wystąpi ESD, szybki przepływ prądu i przejściowy sygnał napięciowy mogą indukować prądy w innych miejscach obwodu ze względu na pasożytniczą indukcyjność. Niektóre sprytne wybory projektowe mogą pomóc Twoim obwodom wytrzymać ESD. Dowiedz się więcej o związku między ESD a pasożytniczą indukcyjnością w Twojej płytce PCB.

Umieszczenie diody TVS w schemacie elektronicznym

Uziemienie komponentów i obudowy dla ochrony przed ESD

Bez względu na to, czy instalujesz płytę w pobliżu innych źródeł wysokiego napięcia, czy po prostu chcesz chronić swoją płytę przed elektrycznością statyczną, odpowiednia strategia uziemienia odprowadzi prądy z dala od wrażliwych komponentów i z powrotem do punktu uziemienia. Oprócz umieszczenia płaszczyzny uziemienia w PCB, niektóre sprytne strategie umieszczania komponentów zapewnią Twoim komponentom znaczną ochronę przed ESD. Oprócz stosowania kondensatorów bypassowych i rozważnego użycia diod TVS, długości ścieżek między komponentami powinny być jak najkrótsze, aby zminimalizować pasożytniczą indukcyjność.

Być może najlepszą strategią uziemienia jest połączenie płaszczyzny uziemienia z obudową urządzenia. Pozwala to na przepływ każdego szczytu prądu spowodowanego zdarzeniem ESD z powrotem do ziemi przez masywną metalową obudowę, ostatecznie docierając do ziemi. Umożliwia to przepływ indukowanego prądu przez Twoje połączenie uziemienia i z dala od płyty, a nie przez wrażliwe komponenty.

Jak sprawdzić zgodność uziemienia ESD dla zarządzania wstrząsami

Używanie komponentów samodzielnie nie jest uniwersalnym rozwiązaniem problemów z ESD, podobnie jak samo użycie płaszczyzny uziemienia na płytce. Zamiast polegać wyłącznie na komponentach lub uziemieniu, oprogramowanie do projektowania powinno umożliwiać stosowanie obu strategii, aby chronić się przed ESD. Dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu będziesz mógł znaleźć i umieścić odpowiednie komponenty do silnej ochrony przed ESD, jak również zaprojektować strategię uziemienia dla swojej płytki.

Gdy oprogramowanie do projektowania PCB zawiera narzędzia do symulacji zasilania wraz z funkcjami projektowymi, możesz natychmiast symulować odpowiedź na przejściowe napięcie na swojej płytce. Odpowiedź w różnych sieciach sygnałowych lub ścieżkach można następnie porównać z parametrami elektrycznymi komponentów, co pozwala określić skuteczność strategii tłumienia ESD.

• Po dodaniu odpowiednich komponentów do układu i zakończeniu projektowania płaszczyzn uziemienia, możesz sprawdzić pętle uziemienia, potencjalne problemy termiczne oraz wyspy lub półwyspy za pomocą analizatora PDN. Odpowiednie oprogramowanie do projektowania PCB zawiera to narzędzie wraz z funkcjami projektowymi. Dowiedz się więcej o badaniu strategii uziemienia za pomocą analizatora PDN.
• Z odpowiednim pakietem symulacyjnym możesz przeprowadzić analizę przejściową i określić skuteczność strategii ochrony przed ESD. Dowiedz się więcej o analizie przejściowej w oprogramowaniu do projektowania PCB.
• Analizatory PDN ujawniają znaczną ilość informacji o sieci dystrybucji mocy w pojedynczym wyniku symulacji. Dostrzeżenie oznak problemów z PDN wymaga pewnego doświadczenia, ale Altium dostarcza Ci zasoby, aby pracować z tym potężnym narzędziem. Dowiedz się więcej o oznakach złej sieci dystrybucji mocy w Twojej PCB.

Projektowanie i umieszczanie regionu miedzi w Altium Designer

Projektowanie ochrony ESD z najlepszym oprogramowaniem PCB

Jak odpowiednie oprogramowanie może pomóc Ci wdrożyć solidną strategię uziemienia? Oprócz umieszczania komponentów, umieszczania płaszczyzny uziemienia i definiowania połączeń uziemienia z obudową, najlepsze oprogramowanie do projektowania PCB weźmie te dane i bezpośrednio wprowadzi je do funkcji symulacji i weryfikacji. Nie powinieneś musieć przełączać się na inny program, aby symulować skuteczność strategii ochrony ESD. Z Altium Designer, narzędzia projektowe są bezpośrednio zintegrowane z funkcjami symulacji i analizy w jednym interfejsie.

Altium Designer: Projektowanie i symulacja ESD w jednym programie

Czas, kiedy trzeba było przełączać się między programami do podstawowych zadań projektowych i analiz, minął bezpowrotnie. Gdy narzędzia do projektowania, układu i analizy są dostępne w jednym programie, łatwo można zidentyfikować problemy projektowe, które stwarzają podatność na ESD i skorygować je w ramach jednego programu. Nie będziesz musiał eksportować i importować danych między programami do kontroli ESD, kiedy pracujesz z Altium Designer. Żaden inny program do projektowania PCB nie oferuje takiego poziomu adaptowalności.

• Funkcje wyszukiwania i zarządzania komponentami w Altium Designer pozwalają na umieszczanie i pozyskiwanie odpowiednich komponentów do ochrony ESD. Dowiedz się więcej o funkcjach zarządzania komponentami w Altium Designer.
• Ocena skuteczności strategii ochrony ESD wymaga narzędzi do symulacji i analizy, które bezpośrednio współpracują z danymi projektowymi. Dowiedz się więcej o rozszerzeniu analizatora PDN w Altium Designer.
• Projektowanie płaszczyzny masy dla twojej PCB wymaga narzędzi CAD, które są wbudowane w oprogramowanie do projektowania. Nie powinieneś musieć eksportować swojej płytki do programu CAD opartego na linii poleceń dla tak istotnego etapu projektowania. Dowiedz się więcej o efektywnych praktykach projektowania wielokątów w Altium Designer.

Funkcje układu i zarządzania komponentami w Altium Designer są dostępne w jednym programie i pozwalają zaimplementować dowolną strategię, aby spełnić wymagania dotyczące uziemienia ESD. Nie będziesz musiał przełączać się między oddzielnymi programami, aby wdrożyć strategię uziemienia lub uzyskać dostęp do komponentów potrzebnych do ochrony Twojej płytki przed ESD. Niezależnie od branży, w której pracujesz, Altium Designer posiada narzędzia niezbędne do włączenia ochrony ESD dla dowolnej PCB.

Zjednoczony projekt pozwala pozostać produktywnym, umieszczając wszystkie funkcje w jednym środowisku z spójnym interfejsem. Jeśli ten przepływ pracy projektowania jest Ci nieznany, Altium będzie obecny z zasobami, które pomogą Ci osiągnąć sukces. Będziesz miał dostęp do forum AltiumLive, bazy wiedzy z użytecznymi wskazówkami projektowymi oraz webinarów i podcastów z ekspertami od projektowania. Altium dostarcza wszystkie zasoby potrzebne do skutecznego projektowania.

Żadna inna platforma projektowa nie zawiera ważnych funkcji schematycznych i układu dla projektowania PCB. Te funkcje są umieszczone obok narzędzi do zarządzania komponentami i weryfikacji w jednym programie. Zamiast używać wielu programów do kontroli ESD z niespójnym przepływem pracy i oddzielnymi zestawami funkcji, potrzebujesz pracować tylko z zintegrowaną platformą oprogramowania do projektowania PCB. Projektuj swoją następną PCB z ochroną ESD z Altium Designer.