Требования к заземлению от статического электричества (ESD) в вашей следующей печатной плате

Любая печатная плата, которая будет использоваться в окружении, насыщенном оборудованием высокого напряжения или источниками питания, подвергается риску электростатического разряда (ESD). Статическое электричество также может разрядиться непосредственно в плату и повредить чувствительные электронные компоненты, если плата обрабатывается без антистатического браслета. Это вызывает кратковременное напряжение в печатной плате, которое может привести к повреждению чувствительных компонентов. В крайних случаях, таких как удары молнии или серьезные скачки напряжения, ESD и кратковременные напряжения могут вызвать возгорание платы, аналогично тому, что происходит при коротком замыкании в цепи.

Учитывая опасности, связанные с ESD, многие отраслевые стандарты определяют требования к заземлению для защиты чувствительных цепей от ESD. С правильным программным обеспечением для проектирования вы можете реализовать меры защиты ваших цепей от повреждений, следуя правильным требованиям к заземлению от ESD. Altium Designer содержит важные инструменты, необходимые для создания плана заземления, который может обеспечить необходимый уровень защиты от ESD для вашего приложения.

ALTIUM DESIGNER^®

Пакет для проектирования печатных плат с лучшими функциями схемотехнического проектирования, управления компонентами и размещения на единой программной платформе.

Молнии, скачки напряжения от вашего местного энергоснабжения, короткие замыкания в домашней электропроводке; все это можно защитить с помощью устройства защиты от перенапряжений. Вероятно, вы уже используете сетевые фильтры в своей домашней электронике, поэтому вам знакома защита от скачков напряжения, которую они обеспечивают. Устройство защиты от перенапряжений будет снижать пиковый ток, возникающий в ваших электронных устройствах, защищая их от повреждений. Ваш домашний автоматический выключатель включает в себя переключатель, который автоматически срабатывает в случае короткого замыкания, защищая ваш дом от электрического пожара.

Переходные напряжения и токовые скачки, возникающие во всех этих системах, могут происходить в устройствах, не подключенных к сети 110 В или 220 В переменного тока. Многие отраслевые стандарты требуют, чтобы печатные платы для электронных изделий включали механизмы подавления переходных напряжений. Допустимые пределы колебаний мощности и переходных напряжений из-за электростатического разряда определяются с использованием кривой CBEMA, и эта кривая является основой многих отраслевых требований.

Существует несколько методов, которые вы можете использовать в своих платах для защиты их от повреждений из-за электростатического разряда (ЭСР). Возможно, самая эффективная стратегия - защитить ваши компоненты от повреждений, реализовав правильную стратегию заземления для ЭСР. Независимо от выбранного вами метода, вам потребуется работать с программным обеспечением для проектирования, которое упрощает внедрение этих защит на уровне печатной платы. Это выходит за рамки простого планирования использования защитного устройства от перенапряжений или автоматического выключателя для защиты электронного оборудования.

Методы заземления для защиты от ЭСР

Простейший и в то же время наиболее эффективный метод подавления переходных напряжений и предотвращения повреждения чувствительных цепей от ЭСР - это отключение питания от цепи при возникновении скачка напряжения. Для этой стратегии можно использовать автоматический выключатель или предохранитель, но это требует размещения одного или нескольких таких элементов в правильном месте на вашей плате. Очевидно, это быстро становится непрактичным с учетом многочисленных других требований, которые несет большинство проектов.

Лучшее применение требований к заземлению для защиты от ЭСР к управлению ударами включает защиту вашей платы от ЭСР, которая напрямую поступает на вашу плату из внешнего источника. Лучшим вариантом является разработка стратегии заземления, которая направляет любой разряд статического электричества на электрическое заземление. Это предотвращает прохождение индуцированного напряжения током в ваши компоненты.

Проектирование вашей платы с использованием стратегии заземления

Реализация стратегии заземления требует большего, чем просто размещение заземляющей плоскости на вашей плате. Если статический заряд между двумя точками вызывает прямое воздействие ЭСР (электростатического разряда) на вашу заземляющую плоскость, ток может напрямую передаваться к чувствительным компонентам, подключенным к заземляющей плоскости. Переходное напряжение, возникающее на плате, обычно бывает достаточно сильным, вызывая и индуцируя токи в других местах вашей платы, что может повредить компоненты.

К счастью, существуют некоторые компоненты, которые вы можете установить вместе с вашей заземляющей плоскостью для защиты чувствительной электроники от событий ЭСР. Два важных компонента - это диоды TVS и обходные конденсаторы. Когда они правильно сочетаются с заземляющей плоскостью и общей стратегией заземления, вы можете соответствовать требованиям заземления для защиты от ЭСР вашего устройства.

• ЭСР может возникать из множества внешних источников и имеет важное значение во многих электронных устройствах. Узнав больше о причинах ЭСР, вы сможете реализовать правильный дизайн для защиты ваших схем от событий ЭСР.Узнайте больше об ЭСР и о некоторых мерах защиты для вашей печатной платы.
• Простое размещение заземляющей плоскости где-то на вашей плате недостаточно для подавления каждого события ЭСР.Узнайте больше о использовании заземляющей плоскости печатной платы для защиты от ЭСР.
• Как только происходит электростатический разряд (ESD), быстрый поток тока и переходной сигнал напряжения могут вызвать токи в других частях вашей схемы из-за паразитной индуктивности. Некоторые умные решения в дизайне могут помочь вашим схемам выдержать ESD. Узнайте больше о связи между ESD и паразитной индуктивностью в вашей печатной плате.

Размещение диода TVS в электронной схеме

Заземление компонентов и шасси для защиты от ESD

Независимо от того, размещаете ли вы плату рядом с другими источниками высокого напряжения или просто хотите защитить вашу плату от статического электричества, правильная стратегия заземления отведет токи от чувствительных компонентов обратно к точке заземления. Помимо размещения земляной плоскости на вашей печатной плате, некоторые умные стратегии размещения компонентов обеспечат значительную защиту ваших компонентов от ESD. В дополнение к использованию обходных конденсаторов и разумному использованию диодов TVS, длина трасс между компонентами должна быть как можно короче, чтобы минимизировать паразитную индуктивность.

Возможно, лучшая стратегия заземления - это соединение вашей земляной плоскости с шасси вашего устройства. Это позволяет любому пиковому току, вызванному событием ESD, возвращаться на землю через массивный металлический корпус, в конечном итоге достигая земли. Это позволяет индуцированному току течь через ваше заземление и отводить его от платы, а не через чувствительные компоненты.

Как проверить соответствие заземления ESD для управления электростатическими разрядами

Использование компонентов по отдельности не является панацеей от проблем с ESD, и то же самое касается земляной плоскости на вашей плате. Вместо того чтобы полагаться только на компоненты или заземление, ваше программное обеспечение для проектирования должно позволять вам реализовывать обе стратегии для защиты от ESD. С правильным программным обеспечением вы сможете найти и разместить подходящие компоненты для надежной защиты от ESD, а также спроектировать стратегию заземления для вашей платы.

Когда ваше программное обеспечение для проектирования печатных плат включает инструменты моделирования питания наряду с функциями проектирования, вы можете немедленно симулировать реакцию на переходное напряжение в вашей плате. Затем можно сравнить реакцию в различных сигнальных сетях или дорожках с электрическими характеристиками ваших компонентов, что позволит вам определить эффективность вашей стратегии подавления ESD.

• После того как вы добавили подходящие компоненты в вашу компоновку и завершили проектирование земляных плоскостей, вы можете проверить наличие земляных петель, потенциальных тепловых проблем и островов или полуостровов с помощью анализатора PDN. Правильное программное обеспечение для проектирования печатных плат включает это вместе с вашими функциями проектирования. Узнайте больше о проверке вашей стратегии заземления с помощью анализатора PDN.
• С правильным пакетом для моделирования вы можете провести транзиентный анализ и определить эффективность вашей стратегии защиты от электростатического разряда (ESD). Узнайте больше о транзиентном анализе в программном обеспечении для проектирования печатных плат.
• Анализаторы PDN раскрывают значительное количество информации о вашей сети распределения питания в одном результате моделирования. Обнаружение признаков проблем PDN требует некоторого опыта, но Altium предоставляет вам ресурсы для работы с этим мощным инструментом. Узнайте больше о признаках плохой сети распределения питания в вашей печатной плате.

Проектирование и размещение медной области в Altium Designer

Проектирование защиты от ESD с лучшим программным обеспечением для печатных плат

Как правильное программное обеспечение может помочь вам реализовать надежную стратегию заземления? Помимо размещения компонентов, установки земляного слоя и определения соединений заземления с шасси, лучшее программное обеспечение для проектирования печатных плат будет принимать эти данные и напрямую передавать их в функции моделирования и верификации. Вам не следует переключаться на другую программу для моделирования эффективности вашей стратегии защиты от ESD. С Altium Designer ваши инструменты проектирования интегрируются непосредственно с функциями моделирования и анализа в едином интерфейсе.

Altium Designer: Проектирование и функции моделирования ESD в одной программе

Дни, когда приходилось переключаться между программами для выполнения основных задач проектирования и анализа, остались позади. Когда инструменты для проектирования, размещения и анализа доступны в одной программе, вы можете легко выявлять проблемы в дизайне, создающие уязвимость к ЭСР, и исправлять их в рамках одной программы. Вам не придется экспортировать и импортировать данные между программами контроля ЭСР, когда вы работаете с Altium Designer. Никакая другая программа для проектирования печатных плат не предлагает такого уровня адаптивности.

• Функции поиска и управления компонентами в Altium Designer позволяют размещать и закупать правильные компоненты для защиты от ЭСР. Узнайте больше о функциях управления компонентами в Altium Designer.
• Оценка эффективности вашей стратегии защиты от ЭСР требует инструментов симуляции и анализа, которые напрямую взаимодействуют с вашими данными проектирования. Узнайте больше о расширении анализатора PDN в Altium Designer.
• Проектирование земляной плоскости для вашей печатной платы требует САПР-инструментов, встроенных в вашу программу проектирования. Вам не следует экспортировать вашу плату в командно-строчную САПР-программу для такого важного этапа проектирования. Узнайте больше о практике эффективного проектирования полигонов в Altium Designer.

Функции размещения и управления компонентами в Altium Designer доступны в рамках одной программы и позволяют вам реализовать любую стратегию для соответствия требованиям заземления ESD. Вам не придется переключаться между отдельными программами для реализации стратегии заземления или доступа к компонентам, необходимым для защиты вашей платы от ESD. Независимо от того, в какой отрасли вы работаете, Altium Designer предоставляет вам все необходимые инструменты для внедрения защиты от ESD для любой печатной платы.

Единый дизайн помогает оставаться продуктивным, собрав все функции в едином окружении с постоянным интерфейсом. Если этот рабочий процесс дизайна вам незнаком, Altium будет рядом с ресурсами, чтобы помочь вам достичь успеха. У вас будет доступ к форуму AltiumLive, базе знаний с полезными советами по дизайну, а также вебинарам и подкастам с экспертами по дизайну. Altium предоставляет вам все необходимые ресурсы для успешного проектирования.

Ни одна другая платформа дизайна не включает в себя такие важные функции схемотехники и размещения для проектирования печатных плат. Эти функции размещены рядом с инструментами управления компонентами и проверки в рамках одной программы. Вместо использования нескольких программ управления ESD с несогласованным рабочим процессом и отдельными наборами функций, вам нужно работать только с интегрированной платформой программного обеспечения для проектирования печатных плат. Проектируйте свою следующую печатную плату с защитой от ESD с Altium Designer.