Miksi herkät linjat ovat PCB reunat alttiita ESD -häiriöille?

Järjestelmän nollaus tapahtui, kun maadoituspenkkiä testattiin käyttämällä 6KV: n ESD -kosketuspurkausmaadoitusta. Testin aikana maadoitusliittimeen kytketty Y -kondensaattori ja sisäinen digitaalinen työmaa irrotettiin, eikä testitulos parantunut merkittävästi.

ESD -häiriöt tulevat tuotteen sisäpiiriin eri muodoissa. Tässä tapauksessa testatuille tuotteille testipiste on maadoituspiste, suurin osa ESD -häiriöenergiasta virtaa pois maadoituslinjasta, toisin sanoen ESD -virta ei virtaa suoraan tuotteen sisäpiiriin, vaan , tämän pöytälaitteen IEC61000-4-2-standardin ESD-testiympäristössä, maadoitusjohdon pituus noin 1 m, Maadoituslinja tuottaa suuremman lyijyn induktanssin (voidaan arvioida 1 u H/m), sähköstaattisen purkauksen häiriöitä esiintyy (kuva 1 -kytkin K) suljettuna, korkeataajuinen (alle 1 ns nouseva sähköstaattisen purkausvirtaa pitkin) saada testatut tuotteet vastaamaan paikan nollajännitettä (KUVA 1 G -pisteen jännite K: ssa ei ole nolla suljettuna). Tämä nollajännite maadoitusliittimessä tulee edelleen tuotteen sisäiseen piiriin. Kuvassa 1 on esitetty kaavio ESD -häiriöistä tuotteen sisällä olevaan piirilevyyn.

KUVA. 1 Kaavio ESD -häiriöistä, jotka tulevat PCB: hen tuotteen sisällä

Kuvasta 1 voidaan myös nähdä, että CP1 (loiskapasitanssi purkauspisteen ja GND: n välillä), Cp2 (loiskapasitanssi PCB -levyn ja vertailukerroksen välillä), PCB -levyn (GND) ja sähköstaattisen purkauspistoolin (mukaan lukien sähköstaattinen purkauspistooli) muodostavat yhdessä häiriöradan ja häiriövirta on ICM. Tällä häiriöreitillä piirilevy on keskellä, ja sähköstaattinen purkaus häiritsee tällä hetkellä ilmeisesti piirilevyä. Jos tuotteessa on muita kaapeleita, häiriöt ovat voimakkaampia.

Miten häiriöt johtivat testatun tuotteen nollaamiseen? Testatun tuotteen PCB: n huolellisen tutkinnan jälkeen havaittiin, että piirilevyn CPU: n nollausohjauslinja oli asetettu piirilevyn reunaan ja GND -tason ulkopuolelle, kuten kuvassa 2 on esitetty.

Jos haluat selittää, miksi piirilevyn reunassa olevat painetut viivat ovat alttiita häiriöille, aloita piirikortin tulostettujen viivojen ja vertailulevyn välisestä loiskapasitanssista. Tulostuslinjan ja vertailumaadoituslevyn välillä on loiskapasitanssi, joka häiritsee piirilevyn painettua signaalilinjaa. Kaavio yleismoodin häiriöjännitteestä, joka häiritsee piirilevyn tulostettua viivaa, on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3 osoittaa, että kun yhteismuotoinen häiriö (yhteismoodin häiriöjännite suhteessa maadoitettuun pohjakerrokseen) tulee GND: hen, häiriöjännite syntyy piirilevyn painetun rivin ja GND: n väliin. Tämä häiriöjännite ei liity pelkästään painetun linjan ja piirilevyn GND: n väliseen impedanssiin (Z kuvassa 3) vaan myös loiskapasitanssiin painetun linjan ja piirilevyn vertailumaadoituslevyn välillä.

Jos oletetaan, että impedanssi Z painetun rivin ja piirilevyn GND välillä on muuttumaton, kun tulostuslinjan ja vertailumaadoituksen lattian välinen loiskapasitanssi on suurempi, tulostuslinjan ja piirilevyn GND välinen häiriöjännite Vi on suurempi. Tämä jännite asetetaan piirilevyn normaalin käyttöjännitteen päälle ja vaikuttaa suoraan piirilevyn työpiiriin.

KUVA. 2 Todellinen kaavio testatun tuotteen osittaisesta piirilevyjohdotuksesta

KUVA. 3 Yleistilahäiriöjännitehäiriö PCB -painettu linjakaavio

Tulostuslinjan ja vertailumaadoituslevyn välisen loiskapasitanssin laskemisen kaavan 1 mukaan painetun viivan ja vertailumaadoituslevyn välinen loiskapasitanssi riippuu painetun linjan ja vertailumaadoituslevyn välisestä etäisyydestä (H kaavassa 1) ja painetun viivan ja vertailumaadoituslevyn välille muodostetun sähkökentän vastaava alue

On selvää, että tässä tapauksessa piirin suunnittelussa PCB: n kuittaussignaalilinja on järjestetty piirilevyn reunaan ja se on pudonnut GND -tason ulkopuolelle, joten nollaussignaalilinja häiriintyy suuresti, mikä johtaa järjestelmän nollausilmiöön ESD: n aikana testata.