Đề xuất bố trí Diode ESD

Tôi có một đầu nối DB25 I / O, thông qua lỗ. Các chân kết nối với một MCU SMT, mà tôi muốn bảo vệ khỏi ESD, cụ thể là IEC 61000-4-2. Tôi muốn sử dụng điốt SMT Zener để bảo vệ các chân.

Tôi đang xem xét bố trí khác nhau. Tôi tưởng tượng bố trí tối ưu sẽ có các điốt giữa DB25 và MCU. Theo cách này, một sự kiện ESD có thể được đưa xuống đất trước khi nó đến MCU

MCU <-> Điốt <-> DB25

Tuy nhiên, tôi muốn tận dụng các lỗ thông qua trong DB25 để đơn giản hóa việc định tuyến và giảm số lượng vias mà tôi cần. Tuy nhiên, khi làm như vậy, các điốt sẽ kết thúc ở "phía bên kia" của DB25.

MCU <-> DB25 <-> Điốt

Đây có phải là một ý tưởng tồi? Tôi hơi lo ngại về việc liệu một cuộc tấn công ESD đủ nhanh có thể "tách ra" và đạt được MCU hay không trước khi các điốt bắt đầu tiến hành đầy đủ.

Nếu đây là trường hợp, nó sẽ được giảm nhẹ nếu dấu vết MCU <-> DB25 được chạy ở lớp dưới cùng, trong khi dấu vết Diode DB25 <-> nằm ở lớp trên cùng? Thay vào đó, các vias được thêm vào giữa MCU và DB25 sẽ khuyến khích dòng điện đi qua diode thay thế?

ESD rất khó đối phó và các giải pháp là ma thuật đen nhiều hơn khoa học. Điều đó đang được nói, những gì bạn muốn là trở kháng mặt đất nhỏ hơn trở kháng với chip bạn đang bảo vệ. Có một số cách để làm điều này, và giải pháp thiết thực nhất có thể sẽ liên quan đến một vài trong số những điều này cùng một lúc.

1. Vị trí và định tuyến của dấu vết là một khởi đầu tốt. Như bạn đã lưu ý, Điốt MCU <-> <-> DB25 có lẽ là tốt nhất, mặc dù Điốt MCU <-> DB25 <-> có thể hoạt động. Để làm cho nó hoạt động, dấu vết của điốt nên dày và ngắn. Các dấu vết của MCU phải dài và mỏng. Nhưng, IMHO, chỉ làm điều này là không đủ cho một sản phẩm thương mại.

2. Đặt một số loại điện trở hoặc hạt ferrite giữa DB25 / Diodes và MCU. Tôi thích điện trở hơn vì trở kháng của chúng dễ dự đoán hơn ở tần số cao, nhưng một hạt cũng có thể hoạt động. Điện trở khoảng 10 đến 50 ohms là tốt, tùy thuộc vào bản chất của tín hiệu bạn đang chạy. Điện trở / hạt này sẽ làm tăng trở kháng cho MCU, hướng dẫn ESD tiếp đất thông qua một cách khác.

3. Đặt một tụ điện song song với các điốt. Giá trị 3 nF là lý tưởng cho việc bảo vệ ESD. Nhưng tùy thuộc vào tín hiệu của bạn, bạn có thể phải sử dụng tín hiệu nhỏ hơn hoặc lớn hơn. Hoặc không có gì cả. Lớn nhất bạn có thể thoát khỏi cũng sẽ làm giảm các vấn đề EMI của bạn. Chức năng cơ bản của nắp là nhanh chóng hấp thụ sốc ESD và phát lại chậm hơn và với điện áp nhỏ hơn. Nếu nắp đủ lớn thì không cần diode. Nắp này cũng tạo thành bộ lọc RC với số 2 ở trên và ngăn EMI đi vào hoặc ra khỏi hộp.

4. Kết nối tấm chắn của DB25 với mặt đất khung gầm và đảm bảo khung xe của bạn tạo ra một tấm khiên tốt.

Gần đây, tôi đã gặp sự cố với một thiết bị USB sẽ gặp sự cố bất cứ khi nào một lỗi zap xảy ra trong vòng 8 feet. Cuối cùng, tôi phải kết nối vỏ USB với Khung, thêm 33 điện trở ohm vào các dòng dữ liệu USB, thêm nắp và điốt. Cho đến khi tôi làm tất cả những gì tôi vẫn trải qua thất bại. Nếu tôi bỏ đi một trong số đó, bất kỳ ai, nó sẽ thất bại. Bây giờ nó chạy chắc chắn, ngay cả với tia lửa dài 1 inch ngay vào khung máy.

Để bắt đầu, tôi sẽ sử dụng các điốt triệt tiêu đặc biệt thay vì các điốt zener thông thường; Chúng nhanh hơn và chịu được điện áp cao tốt hơn.

Mối quan tâm của bạn về vị trí tương đối là hợp lý. Dòng điện thực sự có thể tách ra và đạt được cả diode bảo vệ và bộ điều khiển. Do đó, luôn đặt diode giữa đầu nối và bộ điều khiển và không đặt chúng trên một dấu vết còn sơ khai, bởi vì bạn sẽ tạo ra cùng một vấn đề. Đặt diode ESD trên dấu vết chính nó.

Đảm bảo khoảng cách và lực cản đối với mặt phẳng mặt đất càng ngắn càng tốt. Diện tích mặt đất càng lớn thì công suất của nó càng lớn và điện áp còn lại càng thấp.
Đừng đếm quá nhiều trên trái đất, điều đó quá xa; một sự phóng điện có thể hạ gục tất cả các bạn CMOS trước khi nó đến trái đất.

$\Omega$jumper làm giảm dòng phóng điện, nếu không sẽ kết hợp với dấu vết gần đó và gây ra điện áp quá mức ở đó. Kết quả xét nghiệm ESD đã ổn.