ทำไมเส้นที่ละเอียดอ่อนถึง PCB ขอบมีแนวโน้มที่จะรบกวน ESD?

การรีเซ็ตระบบเกิดขึ้นเมื่อทดสอบแท่นต่อสายดินโดยใช้การคายประจุของหน้าสัมผัส ESD ที่ 6KV ที่ขั้วต่อสายดิน ในระหว่างการทดสอบ ตัวเก็บประจุ Y ที่เชื่อมต่อกับขั้วต่อกราวด์และกราวด์การทำงานดิจิทัลภายในถูกตัดการเชื่อมต่อ และผลการทดสอบไม่ได้ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

การรบกวน ESD เข้าสู่วงจรภายในของผลิตภัณฑ์ในรูปแบบต่างๆ สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ทดสอบในกรณีนี้ จุดทดสอบคือจุดกราวด์ พลังงานรบกวน ESD ส่วนใหญ่จะไหลออกจากสายดิน กล่าวคือ กระแส ESD ไม่ไหลโดยตรงเข้าสู่วงจรภายในของผลิตภัณฑ์ แต่ ในสภาพแวดล้อมการทดสอบ ESD มาตรฐาน IEC61000-4-2 ในอุปกรณ์ตารางนี้ ความยาวของสายดินประมาณ 1 เมตร สายดินจะทำให้เกิดความเหนี่ยวนำตะกั่วมากขึ้น (สามารถใช้ในการประมาณ 1 u H / m) การรบกวนการคายประจุไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้น (รูปที่ 1 สวิตช์ K) เมื่อปิด ความถี่สูง (น้อยกว่า 1 ns เพิ่มขึ้นตามกระแสการคายประจุไฟฟ้าสถิตไม่ ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ทดสอบพบว่ามีแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ (รูปที่ 1 แรงดันจุด G ใน K ไม่เป็นศูนย์เมื่อปิด) แรงดันไฟฟ้าที่ไม่เป็นศูนย์นี้ที่ขั้วกราวด์จะเข้าสู่วงจรภายในของผลิตภัณฑ์เพิ่มเติม รูปที่ 1 แสดงแผนผังของการรบกวน ESD ใน PCB ภายในผลิตภัณฑ์

รูปที่. 1 แผนผังของการรบกวน ESD ที่เข้าสู่ PCB ภายในผลิตภัณฑ์

นอกจากนี้ยังสามารถเห็นได้จากรูปที่ 1 ว่า CP1 (ความจุกาฝากระหว่างจุดปล่อยและ GND), Cp2 (ความจุกาฝากระหว่างบอร์ด PCB และพื้นอ้างอิง), กราวด์การทำงานของบอร์ด PCB (GND) และปืนปล่อยไฟฟ้าสถิต (รวมถึงสายดินของ ปืนปล่อยไฟฟ้าสถิต) รวมกันเป็นเส้นทางรบกวนและกระแสรบกวนคือ ICM ในเส้นทางการรบกวนนี้ บอร์ด PCB อยู่ตรงกลาง และขณะนี้ PCB ถูกรบกวนจากการคายประจุไฟฟ้าสถิต หากมีสายเคเบิลอื่นๆ ในผลิตภัณฑ์ การรบกวนจะรุนแรงขึ้น

การรบกวนนำไปสู่การรีเซ็ตผลิตภัณฑ์ที่ทดสอบได้อย่างไร หลังจากตรวจสอบ PCB ของผลิตภัณฑ์ที่ทดสอบอย่างรอบคอบแล้ว พบว่าสายควบคุมการรีเซ็ตของ CPU ใน PCB ถูกวางบนขอบของ PCB และนอกระนาบ GND ดังแสดงในรูปที่ 2

เพื่ออธิบายว่าทำไมเส้นที่พิมพ์ที่ขอบของ PCB จึงอ่อนไหวต่อการรบกวน ให้เริ่มต้นด้วยความจุกาฝากระหว่างเส้นที่พิมพ์ใน PCB และเพลตอ้างอิง มีความจุกาฝากระหว่างเส้นที่พิมพ์กับแผ่นกราวด์อ้างอิง ซึ่งจะรบกวนสายสัญญาณที่พิมพ์ในบอร์ด PCB แผนผังของแรงดันไฟฟ้ารบกวนโหมดทั่วไปที่รบกวนบรรทัดที่พิมพ์ใน PCB แสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 แสดงว่าเมื่อสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไป (แรงดันรบกวนโหมดทั่วไปที่สัมพันธ์กับพื้นกราวด์อ้างอิง) เข้าสู่ GND แรงดันไฟฟ้ารบกวนจะถูกสร้างขึ้นระหว่างบรรทัดที่พิมพ์ในบอร์ด PCB และ GND แรงดันไฟฟ้ารบกวนนี้ไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับอิมพีแดนซ์ระหว่างเส้นที่พิมพ์กับ GND ของบอร์ด PCB (Z ในรูปที่ 3) แต่ยังรวมถึงความจุของกาฝากระหว่างเส้นที่พิมพ์กับเพลตอ้างอิงใน PCB

สมมติว่าอิมพีแดนซ์ Z ระหว่างบรรทัดที่พิมพ์กับบอร์ด PCB GND ไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อความจุของกาฝากระหว่างบรรทัดที่พิมพ์กับพื้นอ้างอิงมีขนาดใหญ่ขึ้น แรงดันไฟฟ้ารบกวน Vi ระหว่างบรรทัดที่พิมพ์และบอร์ด PCB GND จะใหญ่กว่า แรงดันไฟนี้จะซ้อนทับกับแรงดันไฟทำงานปกติใน PCB และจะส่งผลโดยตรงต่อวงจรการทำงานใน PCB

รูปที่. 2 แผนภาพจริงของการเดินสาย PCB บางส่วนของผลิตภัณฑ์ที่ทดสอบ

รูปที่. 3 โหมดทั่วไปการรบกวนแรงดันไฟฟ้ารบกวน PCB พิมพ์แผนผังไดอะแกรม

ตามสูตร 1 สำหรับการคำนวณความจุกาฝากระหว่างเส้นที่พิมพ์กับแผ่นพื้นอ้างอิง ความจุของกาฝากระหว่างเส้นที่พิมพ์กับแผ่นดินอ้างอิงขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างเส้นที่พิมพ์กับแผ่นพื้นอ้างอิง (H ในสูตร 1) และพื้นที่เท่ากันของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างเส้นที่พิมพ์กับแผ่นกราวด์อ้างอิง

แน่นอน สำหรับการออกแบบวงจรในกรณีนี้ สายสัญญาณรีเซ็ตใน PCB ถูกจัดเรียงไว้ที่ขอบของบอร์ด PCB และตกลงมานอกระนาบ GND ดังนั้นสายสัญญาณรีเซ็ตจะถูกรบกวนอย่างมาก ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์การรีเซ็ตระบบระหว่าง ESD ทดสอบ.