Proteggere il tuo PCB dall’ESD Utilizzando Soppressori di Transienti

Andando indietro nei corsi sui circuiti universitari, il nostro assistente amava darci piccoli circuiti “scatola nera”. Avremmo misurato il voltaggio e le caratteristiche della corrente, quindi avremmo determinato quali componenti componevano il circuito. Al nostro assistente piaceva in particolare piazzarci dei diodi. Al tempo non potevo rendermi conto del perchè, visto che non vedevo molte applicazioni per i diodi. In ogni caso, arrivai ad apprezzare i diodi quando cercavo dei modi per proteggere i miei PCB dalle scariche elettrostatiche. I diodi sono componente cruciale per gestire i livelli di voltaggio, che è un effetto critico della scarica elettrostatica. (ESD). 

La protezione ESD per PCB può arrivare da molte fonti, anche solo un tocco disattento e causare una scarica di voltaggio che provoca caos nel tuo circuito. Una delle maggiori fonti di  ESD è agli input, come cavi che sono collegati o pulsanti che vengono premuti. A tal punto, vuoi diminuire il picco di voltaggio che raggiungerà i tuoi componenti sensibili. 

 

Zener diode

Contrariamente all’apprezzamento sottovalutato dei diodi nella mia gioventù sprecata, sono componentistica critica per molti design e protezione.

Come applicare la protezione ESD sugli input 

La prima linea di difesa nella protezione ESD è ridurre l’impedenza del percorso alla messa a terra. È una maniera di ridurre il voltaggio (VESD) che la scheda subirà durante una scarica. Quando consideri la legge di Ohm, VESD=IESDR, IESD non è qualcosa che puoi controllare, quindi l’unico modo per ridurre il VESD è ridurre R. Il problema è che non puoi giusto accorciare il percorso alla messa a terra, perché il piano di massa garantirà un percorso diretto a tutti i tuoi componenti sensibili. 

Invece, puoi aggiungere una protezione all’input nella forma di un soppressore di transiente di voltaggio. I soppressori di transienti di voltaggio, o TVS, sono formati da due diodi combinati con un diodo avalanche (valanga) e possono anche essere come un singolo componente. Ciò riduce drasticamente le opportunità dei tuoi componenti di essere danneggiati senza aumentare significativamente il costo o la complessità del tuo design. 

Il sotto-circuito TVS in pratica crea una divisione di corrente fra TVS e l’ IC o i componenti che vuoi proteggere. Presenta un’alta impedenza di input e in tal modo non interferisce con il normale funzionamento. In ogni caso, quando i picchi di corrente scendono drasticamente sotto un evento ESD, il TVS raggiunge tensione di rottura e devia la scarica di corrente a terra, invece che sui  componenti sensitivi che stai cercando di proteggere. 

 

person plugging something into their phone

Ogni volta che qualcosa è collegato al tuo dispositivo, aggiunge una possibilità di scarica elettrostatica. 

Come utilizzare la protezione TVS in maniera efficace 

Quando aggiungi un TVS al tuo design, vuoi appianare le tue tracce il più possibile per ridurre le EMI generate agli angoli e che si propagano lungo il circuito. Il consiglio della Texas Instruments è di utilizzare curve a largo raggio anziché angoli. Se non puoi a causa della tecnologia di assemblaggio del PCB, allora utilizza un angolo massimo di 45°. Per me, sembra un angolo di 135°, tagli l’angolo, come un segno di stop e ottieni due angoli molto ottusi al suo posto. Inoltre, consiglio vivamente la sezione della Technical Resources quando hai realmente bisogno di calpestare le erbacce per risolvere un problema. 

 

Blue circuit board design

Dovresti utilizzare giri ad ampio angolo nelle tue tracce vicino ai circuiti di protezione ESD. Gli angoli più acuti hanno più probabilità di generare EMI siccome dissipa i picchi di voltaggio 

Mentre siamo in materia di tracce - dovresti evitare di utilizzare VIA per connettere la fonte ESD (il tuo input) al TVS se è possibile. Attenersi alle tracce per il TVS, visto che le VIA possono realmente complicare la protezione ESD. Quando sei così vicino ad una probabile fonte di ESD, è un caos in cui non vuoi entrare.  

Infine, dovresti anche includere una resistenza buffer nel circuito di protezione. Aggiungilo in serie fra le possibile fonte di ESD e l’IC che stai cercando di proteggere. Ciò aiuta a diminuire il picco di corrente che raggiungerà l’IC dal divisore di corrente che hai aggiunto all’input. Alcuni diodi TVS possono “resettarsi” da soli per un picco di voltaggio imponente, ma non tutti. Se sono stati cotti da una scarica, potrebbero fare corto circuito a terra ed eliminare qualsiasi protezione che stavi ottenendo dal TVS. I diodi sono potenti, ma è buono avere una seconda linea di difesa. 

Scegliere il giusto TVS per la tua applicazione richiede una considerazione attenta dell’induttanza sul tuo circuito e la gamma di voltaggio contro cui hai bisogno di protezione. Texas Instruments va sul dettaglio minimo se sei pronto per iniziare il tuo progetto. Mentre disegni, puoi ridurre il lavoro di cui avrai bisogno da ripetere nel tuo prossimo prodotto utilizzando design modulari e requisiti gestiti internamente. Un grande strumento per tutto ciò è Altium Vault®, che può essere utilizzato in combinazione con il software PCB, Altium Designer®. Sicuramente non prenderà i componenti per te (o non farà il lavoro di laboratorio), ma rende il tuo flusso di progetto molto più facile. I tecnici Altium possono aiutarti ad iniziare oggi stesso! 

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