Yêu cầu Nối đất ESD trong PCB Tiếp theo của Bạn

Bất kỳ PCB nào được triển khai trong môi trường xung quanh bởi thiết bị hoặc nguồn điện áp cao đều có nguy cơ bị phóng điện tĩnh (ESD). Điện tĩnh cũng có thể phóng trực tiếp vào một bảng mạch và làm hỏng các linh kiện điện tử nhạy cảm nếu bảng mạch được xử lý mà không có dây đeo cổ tay. Điều này gây ra một điện áp chuyển tiếp trong PCB, có thể gây hại cho các linh kiện nhạy cảm. Trong các trường hợp cực đoan, như sét đánh hoặc sự cố tăng áp lớn, ESD và điện áp chuyển tiếp có thể khiến bảng mạch bốc cháy, tương tự như khi một mạch bị chập.

Để đối phó với những nguy hiểm liên quan đến ESD, nhiều tiêu chuẩn ngành đã định rõ yêu cầu tiếp đất ESD để bảo vệ các mạch nhạy cảm. Với phần mềm thiết kế phù hợp, bạn có thể thực hiện các biện pháp để bảo vệ mạch của mình khỏi hư hại bằng cách tuân theo các yêu cầu tiếp đất ESD đúng cách. Altium Designer chứa các công cụ quan trọng bạn cần để tạo một kế hoạch sàn tiếp đất có thể cung cấp mức độ bảo vệ ESD phù hợp cho ứng dụng của bạn.

ALTIUM DESIGNER^®

Một gói thiết kế PCB với các tính năng thiết kế sơ đồ mạch, quản lý linh kiện và bố trí tốt nhất trên một nền tảng phần mềm duy nhất.

Sét đánh, sự tăng vọt điện từ nhà cung cấp điện địa phương, chập điện trong hệ thống dây điện nhà bạn; tất cả những điều này có thể được bảo vệ bằng một bộ chống dòng sét. Có lẽ bạn đã sử dụng các dải nguồn trong thiết bị điện tử gia đình, vì vậy bạn đã quen với khả năng chống sét mà chúng cung cấp. Một bộ chống dòng sét sẽ làm giảm đỉnh dòng điện được kích thích trong sản phẩm điện tử của bạn, bảo vệ chúng khỏi hư hại. Mạch cầu chì nhà bạn bao gồm một công tắc tự động kích hoạt trong trường hợp xảy ra mạch ngắn, bảo vệ nhà bạn khỏi hỏa hoạn điện.

Các đỉnh điện áp và dòng điện tạm thời được kích thích trong tất cả các hệ thống này có thể xảy ra trong các thiết bị không được kết nối với dây AC 110 V hoặc 220 V. Nhiều tiêu chuẩn ngành yêu cầu rằng PCB cho các sản phẩm điện tử bao gồm cơ chế chống điện áp tạm thời. Các giới hạn chấp nhận được cho sự biến động điện và điện áp tạm thời do ESD được định nghĩa bằng đường cong CBEMA, và đường cong này tạo thành nền tảng cho nhiều yêu cầu ngành.

Có một số phương pháp bạn có thể áp dụng vào bảng mạch của mình để bảo vệ chúng khỏi hư hại do ESD. Có lẽ, chiến lược hiệu quả nhất là bảo vệ các linh kiện của bạn khỏi hư hại bằng cách thực hiện chiến lược nối đất ESD phù hợp. Bất kể bạn chọn phương pháp nào, bạn sẽ cần làm việc với phần mềm thiết kế giúp dễ dàng triển khai các biện pháp bảo vệ này ở cấp độ PCB. Điều này vượt ra ngoài việc đơn giản là lên kế hoạch sử dụng bộ bảo vệ quá dòng hoặc cầu dao tự động để bảo vệ thiết bị điện tử.

Phương pháp Nối Đất ESD để Quản lý Sốc Điện

Phương pháp đơn giản nhất nhưng cũng hiệu quả nhất để ngăn chặn điện áp chuyển tiếp và bảo vệ mạch nhạy cảm khỏi ESD là cắt nguồn điện của mạch trong trường hợp có sự tăng vọt. Bạn có thể sử dụng cầu dao tự động hoặc cầu chì cho chiến lược này, nhưng nó phụ thuộc vào việc đặt một hoặc nhiều phần tử này ở vị trí phù hợp trên bảng mạch của bạn. Rõ ràng, điều này nhanh chóng trở nên không thực tế khi xem xét đến nhiều yêu cầu khác mà hầu hết các thiết kế đều mang lại.

Ứng dụng tốt nhất của yêu cầu nối đất ESD vào quản lý sốc điện bao gồm việc bảo vệ bảng mạch của bạn khỏi ESD đi trực tiếp vào bảng mạch của bạn từ một nguồn bên ngoài. Một lựa chọn tốt hơn là thiết kế một chiến lược nối đất sao cho bất kỳ sự phóng điện nào từ điện tích tĩnh được dẫn đến một điểm nối đất điện. Điều này ngăn chặn bất kỳ điện áp nào được tạo ra từ việc truyền dòng điện vào các linh kiện của bạn.

Thiết kế Bảng Mạch của Bạn Với Chiến lược Nối Đất

Việc thực hiện một chiến lược nối đất không chỉ đơn giản là đặt một mặt đất trong bảng mạch của bạn. Nếu điện tích tĩnh giữa hai điểm gây ra sự phóng điện tĩnh điện (ESD) trực tiếp vào mặt đất của bạn, dòng điện có thể trực tiếp di chuyển đến các linh kiện nhạy cảm được kết nối với mặt đất. Một điện áp chuyển tiếp được tạo ra trong bảng mạch có xu hướng rất mạnh, tạo ra và gây ra dòng điện ở những nơi khác trong bảng mạch của bạn có thể làm hỏng linh kiện.

Rất may, có một số linh kiện bạn có thể lắp đặt cùng với mặt đất của mình để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi sự kiện ESD. Hai linh kiện quan trọng là diode TVS và tụ điện bypass. Khi kết hợp đúng cách với một mặt đất và một chiến lược nối đất lớn hơn, bạn có thể đáp ứng các yêu cầu nối đất ESD cho thiết bị của mình.

• ESD có thể phát sinh từ nhiều nguồn bên ngoài và quan trọng đối với nhiều thiết bị điện tử. Tìm hiểu thêm về nguyên nhân của ESD có thể giúp bạn thực hiện thiết kế đúng đắn để bảo vệ mạch của bạn khỏi một sự kiện ESD.Tìm hiểu thêm về ESD và một số biện pháp bảo vệ cho PCB của bạn.
• Chỉ đặt một mặt đất ở đâu đó trong bảng mạch của bạn không đủ để ngăn chặn mọi sự kiện ESD.Tìm hiểu thêm về việc sử dụng mặt đất PCB để bảo vệ ESD.
• Khi ESD xảy ra, dòng điện nhanh chóng và tín hiệu điện áp chuyển tiếp có thể gây ra dòng điện ở những nơi khác trong mạch của bạn do độ tự cảm nhiễu. Một số lựa chọn thiết kế thông minh có thể giúp mạch của bạn chống lại ESD. Tìm hiểu thêm về mối quan hệ giữa ESD và độ tự cảm nhiễu trong PCB của bạn.

Vị trí đặt diode TVS trong sơ đồ điện tử

Nối đất linh kiện và khung máy để bảo vệ ESD

Dù bạn đang triển khai một bảng mạch gần các nguồn điện áp cao khác hoặc bạn chỉ muốn bảo vệ bảng mạch của mình khỏi điện tích tĩnh, chiến lược nối đất đúng đắn sẽ chuyển dòng điện ra khỏi các linh kiện nhạy cảm và trở lại điểm nối đất. Ngoài việc đặt một mặt đất trong PCB của bạn, một số chiến lược đặt linh kiện thông minh sẽ cung cấp cho các linh kiện của bạn sự bảo vệ ESD đáng kể. Ngoài việc sử dụng tụ bypass và sử dụng cẩn thận diode TVS, chiều dài đường dẫn giữa các linh kiện nên được giữ càng ngắn càng tốt để giảm thiểu độ tự cảm nhiễu.

Có lẽ chiến lược nối đất tốt nhất là kết nối giữa mặt đất của bạn và khung máy cho thiết bị của bạn. Điều này cho phép bất kỳ sự tăng đột ngột dòng điện do sự kiện ESD nào cũng sẽ quay trở lại mặt đất thông qua một khung máy kim loại cồng kềnh, cuối cùng đạt đến mặt đất. Điều này cho phép dòng điện được gây ra chảy qua kết nối đất của bạn và tránh xa bảng mạch của bạn, thay vì chảy qua các linh kiện nhạy cảm.

Cách Kiểm Tra Tuân Thủ Tiếp Đất ESD để Quản Lý Sốc

Sử dụng các linh kiện một cách độc lập không phải là giải pháp toàn diện cho các vấn đề ESD, và điều tương tự cũng áp dụng cho mặt đất trong bảng mạch của bạn. Thay vì chỉ dựa vào linh kiện hoặc tiếp đất, phần mềm thiết kế của bạn nên cho phép bạn áp dụng cả hai chiến lược để bảo vệ mình khỏi ESD. Với phần mềm phù hợp, bạn sẽ có thể tìm và đặt các linh kiện phù hợp cho bảo vệ ESD mạnh mẽ, cũng như thiết kế một chiến lược tiếp đất cho bảng mạch của mình.

Khi phần mềm thiết kế PCB của bạn bao gồm các công cụ mô phỏng nguồn điện cùng với các tính năng thiết kế, bạn có thể ngay lập tức mô phỏng phản ứng với điện áp chuyển tiếp trong bảng mạch của mình. Phản ứng trong các mạng tín hiệu khác nhau hoặc các đường dẫn sau đó có thể được so sánh với các đánh giá điện của linh kiện của bạn, cho phép bạn xác định hiệu quả của chiến lược kiểm soát ESD của mình.

• Sau khi bạn đã thêm các linh kiện phù hợp vào bố cục và hoàn thành thiết kế mặt đất của mình, bạn có thể kiểm tra vòng lặp tiếp đất, các vấn đề tiềm ẩn về nhiệt và các đảo hoặc bán đảo sử dụng một bộ phân tích PDN. Phần mềm thiết kế PCB phù hợp bao gồm điều này cùng với các tính năng thiết kế của bạn. Tìm hiểu thêm về việc kiểm tra chiến lược tiếp đất của bạn với một bộ phân tích PDN.
• Với gói mô phỏng phù hợp, bạn có thể thực hiện phân tích chuyển tiếp và xác định hiệu quả của chiến lược bảo vệ ESD của mình. Tìm hiểu thêm về phân tích chuyển tiếp trong phần mềm thiết kế PCB của bạn.
• Các bộ phân tích PDN tiết lộ một lượng thông tin đáng kể về mạng lưới phân phối điện của bạn trong một kết quả mô phỏng duy nhất. Việc nhận biết các dấu hiệu của vấn đề PDN đòi hỏi một số kinh nghiệm, nhưng Altium cung cấp cho bạn các nguồn lực để làm việc với công cụ mạnh mẽ này. Tìm hiểu thêm về các dấu hiệu của một mạng lưới phân phối điện kém trong PCB của bạn.

Thiết kế và đặt một khu vực đồng trong Altium Designer

Thiết kế Bảo vệ ESD Với Phần Mềm PCB Tốt Nhất

Làm thế nào phần mềm phù hợp có thể giúp bạn triển khai một chiến lược tiếp đất mạnh mẽ? Ngoài việc đặt các thành phần, đặt một mặt đất và định nghĩa các kết nối tiếp đất với khung máy, phần mềm thiết kế PCB tốt nhất sẽ lấy dữ liệu này và đưa trực tiếp vào các tính năng mô phỏng và xác minh. Bạn không nên phải chuyển sang một chương trình khác để mô phỏng hiệu quả của chiến lược bảo vệ ESD của mình. Với Altium Designer, các công cụ thiết kế của bạn tích hợp trực tiếp với các tính năng mô phỏng và phân tích trong một giao diện duy nhất.

Altium Designer: Tính năng Thiết kế và Mô phỏng ESD trong Một Chương Trình

Những ngày phải chuyển đổi giữa các chương trình để thực hiện các nhiệm vụ thiết kế và phân tích cần thiết đã qua. Khi công cụ thiết kế, bố trí và phân tích của bạn có thể truy cập trong một chương trình duy nhất, bạn có thể dễ dàng xác định các vấn đề thiết kế tạo ra sự dễ bị tổn thương trước ESD và sửa chúng ngay trong một chương trình. Bạn sẽ không phải xuất và nhập dữ liệu giữa các chương trình kiểm soát ESD khi bạn làm việc với Altium Designer. Không có phần mềm thiết kế PCB nào khác cung cấp mức độ linh hoạt này.

• Tính năng tìm kiếm và quản lý linh kiện trong Altium Designer cho phép bạn đặt và mua các linh kiện phù hợp cho bảo vệ ESD. Tìm hiểu thêm về các tính năng quản lý linh kiện trong Altium Designer.
• Đánh giá hiệu quả của chiến lược bảo vệ ESD của bạn đòi hỏi các công cụ mô phỏng và phân tích có giao diện trực tiếp với dữ liệu thiết kế của bạn. Tìm hiểu thêm về tiện ích mở rộng phân tích PDN trong Altium Designer.
• Thiết kế mặt đất cho PCB của bạn đòi hỏi các công cụ CAD được tích hợp sẵn trong phần mềm thiết kế của bạn. Bạn không nên phải xuất bảng mạch của mình sang một chương trình CAD dựa trên dòng lệnh cho một bước thiết kế quan trọng như vậy. Tìm hiểu thêm về các phương pháp thiết kế đa giác hiệu quả trong Altium Designer.

Các tính năng về bố trí và quản lý linh kiện trong Altium Designer đều có thể truy cập trong một chương trình duy nhất và cho phép bạn áp dụng bất kỳ chiến lược nào để đáp ứng yêu cầu tiếp đất ESD của mình. Bạn sẽ không phải chuyển đổi giữa các chương trình riêng biệt để thực hiện chiến lược tiếp đất hoặc truy cập vào các linh kiện bạn cần để bảo vệ bảng mạch của mình khỏi ESD. Bất kể bạn làm việc trong ngành công nghiệp nào, Altium Designer có các công cụ bạn cần để tích hợp bảo vệ ESD cho bất kỳ PCB nào.

Thiết kế thống nhất giúp bạn duy trì hiệu suất làm việc bằng cách đặt tất cả các tính năng của mình trong một môi trường duy nhất với giao diện nhất quán. Nếu quy trình thiết kế này là mới mẻ với bạn, Altium sẽ ở đó với các nguồn lực để giúp bạn đạt được thành công. Bạn sẽ có quyền truy cập vào diễn đàn AltiumLive, một cơ sở kiến thức với các mẹo thiết kế hữu ích, và các webinar và podcast với các chuyên gia thiết kế. Altium cung cấp cho bạn tất cả các nguồn lực bạn cần để thiết kế thành công.

Không có nền tảng thiết kế nào khác bao gồm các tính năng quan trọng về sơ đồ và bố trí cho thiết kế PCB. Những tính năng này được đặt cùng với các công cụ quản lý và xác minh linh kiện trong một chương trình duy nhất. Thay vì sử dụng nhiều chương trình kiểm soát ESD với quy trình làm việc không nhất quán và các bộ tính năng riêng biệt, bạn cần làm việc với nền tảng phần mềm thiết kế PCB tích hợp duy nhất. Thiết kế PCB tiếp theo của bạn với bảo vệ ESD với Altium Designer.