Diseño EMC en circuitos PCB

Diseño del suelo

 

Una vez que se ha producido una descarga electrostática, se debe permitir que evite la conexión a tierra lo antes posible y que no invada directamente el circuito interno. Por ejemplo, si el circuito interno está protegido por una caja de metal, la caja debe estar bien conectada a tierra y la resistencia de conexión a tierra debe ser lo más pequeña posible, de modo que la corriente de descarga pueda fluir hacia la tierra desde la capa externa de la caja, y al mismo tiempo, la perturbación causada por la descarga de objetos circundantes puede introducirse en el suelo sin afectar el circuito interno. Para un chasis de metal, los circuitos dentro del chasis generalmente están conectados a tierra a través de cables de E / S, cables de alimentación, etc. Cuando se produce una descarga electrostática en el chasis, el potencial del chasis aumenta y el circuito interno se mantiene cerca del potencial de tierra debido a tierra. En este momento, existe una gran diferencia de potencial entre el chasis y el circuito. Esto puede causar un arco secundario entre el chasis y el circuito. Daño al circuito. Al aumentar la distancia entre el circuito y la carcasa, se pueden evitar los arcos secundarios. Cuando no se puede aumentar la distancia entre el circuito y la carcasa, se puede agregar una capa de deflector de metal conectado a tierra entre la carcasa y el circuito para bloquear el arco. Si el circuito está conectado al chasis, debe conectarse a través de un solo punto. Evitar que la corriente fluya a través del circuito. El punto donde la placa de circuito se conecta al chasis debe estar en la entrada del cable. Para cajas de plástico, no hay problema con la conexión a tierra de la caja.

 

Diseño de cable

 

Un sistema de protección de cable diseñado adecuadamente puede ser la clave para mejorar la no susceptibilidad de ESD del sistema. Como la "antena" más grande en la mayoría de los sistemas, los cables de E / S son particularmente vulnerables a grandes voltajes o corrientes inducidas por la interferencia de ESD. Por otro lado, los cables también proporcionan canales de baja impedancia para la interferencia de ESD si el blindaje del cable está conectado a la tierra del chasis. A través de este canal, la energía de interferencia ESD puede liberarse del circuito de tierra del sistema, evitando así el acoplamiento conductivo indirectamente. Para reducir el acoplamiento de la radiación de interferencia de ESD al cable, se debe reducir la longitud de la línea y el área del bucle. Se debe suprimir el acoplamiento de modo común y utilizar escudos metálicos. Para cables de entrada / salida, use cables apantallados, choques de modo común, circuitos de sujeción de sobretensión y filtros de derivación de cable. En ambos extremos del cable, el blindaje del cable debe estar conectado al blindaje de la carcasa. La instalación de un estrangulador de modo común en el cable de interconexión puede hacer que el voltaje de modo común causado por la descarga electrostática caiga en el estrangulador en lugar del circuito en el otro extremo. Cuando los dos chasis están conectados con un cable blindado, los dos chasis están conectados entre sí a través de la capa de protección del cable, de modo que la diferencia de potencial entre los dos chasis puede ser lo más pequeña posible. Aquí, el método de unión entre el chasis y el blindaje del cable es importante. Se recomienda encarecidamente que se superpongan 360 ° entre el chasis en ambos extremos del cable y el blindaje del cable.

 

Teclado y panel

 

El diseño del teclado y el panel de control debe garantizar que la corriente de descarga pueda fluir directamente a tierra sin pasar por circuitos sensibles. Para teclados aislados, instale un protector de descarga (como un soporte de metal) entre las teclas y el circuito para proporcionar una ruta de descarga para la corriente de descarga. El protector de descarga debe conectarse directamente al chasis o al bastidor, no a la tierra del circuito. Por supuesto, el uso de un botón de desplazamiento más grande (que aumenta la distancia desde el operador al circuito interno) puede evitar directamente la descarga electrostática. El teclado y el panel de control deben estar diseñados para que la corriente de descarga pueda ir directamente a tierra sin pasar por circuitos sensibles. El uso de ejes aislados y perillas grandes evita la descarga para controlar llaves o potenciómetros. En la actualidad, muchos paneles de productos electrónicos utilizan teclas de película delgada y ventanas de pantalla de película delgada. Dado que la película delgada está hecha de un material aislante resistente a altos voltajes, puede evitar efectivamente que la ESD ingrese al circuito interno a través de las teclas y la ventana de visualización para causar interferencia. Además, la mayoría de las teclas de los teclados de hoy en día tienen almohadillas hechas de películas aislantes resistentes a alto voltaje, que pueden prevenir efectivamente la interferencia de ESD.


Diseño de circuito

 

Los terminales de entrada no utilizados en el dispositivo no deben dejarse desconectados o suspendidos, sino que deben conectarse a los terminales de tierra o de alimentación directamente o mediante resistencias apropiadas. En general, los circuitos de interfaz conectados a dispositivos externos deben protegerse, incluidas las líneas de alimentación, que a menudo se pasa por alto en el diseño de hardware. Tomando el microordenador como ejemplo, se deben considerar los enlaces del circuito de protección: interfaz de comunicación en serie, interfaz de comunicación paralela, interfaz de teclado, interfaz de pantalla, etc.

 

Deben usarse filtros (condensadores de derivación o una serie de inductores o una combinación de ambos) en el circuito para evitar que EMI se acople al dispositivo. Si la entrada es de alta impedancia, un filtro de condensador de derivación es más efectivo porque su baja impedancia evitará efectivamente la alta impedancia de entrada. Cuanto más cerca esté el capacitor de derivación de la entrada, mejor. Si la impedancia de entrada es baja, una serie de ferritas puede proporcionar el mejor filtro. Estas ferritas también deben estar lo más cerca posible de la entrada.

 

Fortalecer las medidas de protección en los circuitos internos. Para los puertos que pueden estar sujetos a interferencia de descarga electrostática directa, se puede conectar una resistencia o un diodo en serie en la interfaz de E / S a los terminales de alimentación positiva y negativa. El terminal de entrada del tubo MOS está conectado en serie con una resistencia de 100kΩ, y el terminal de salida está conectado en serie con una resistencia de 1kΩ para limitar la cantidad de corriente de descarga. El terminal de entrada del tubo TTL está conectado con una resistencia de 22 ~ 100Ω en serie, y el terminal de salida está conectado con una resistencia de 22 ~ 47Ω en serie. El extremo de entrada del tubo analógico está conectado en serie con 100Ω ~ 100kΩ, y se agrega un diodo paralelo para derivar la corriente de descarga a la fuente de alimentación positiva o negativa. El extremo de salida del tubo analógico está conectado en serie con una resistencia de 100Ω. La instalación de un condensador a tierra en la línea de señal de E / S puede desviar la corriente de descarga electrostática inducida por el cable de interfaz al chasis para evitar que fluya al circuito. Pero este condensador también derivará la corriente en el caso a la línea de señal. Para evitar esto, se puede instalar un cordón de ferrita entre el condensador de derivación y la placa de circuito para aumentar la impedancia de la ruta a la placa de circuito. Cabe señalar que la tensión de resistencia del condensador debe cumplir los requisitos. Los voltajes de descarga electrostática pueden alcanzar miles de voltios. Un diodo de protección transitoria también puede proteger eficazmente la descarga electrostática, pero debe tenerse en cuenta que aunque el voltaje de la interferencia transitoria está limitado por el diodo, el componente de interferencia de alta frecuencia no se ha reducido. En general, debería existir El condensador de derivación de alta frecuencia en paralelo con el diodo de protección transitoria suprime la interferencia de alta frecuencia. En el diseño de circuitos y la disposición de la placa de circuito, se deben usar circuitos de compuerta y luces estroboscópicas. Este método de entrada solo puede causar daños si la descarga electrostática y la activación se producen al mismo tiempo. El método de entrada del activador de borde de pulso es sensible a los transitorios causados ​​por descarga electrostática y no debe usarse.

 

Diseño de PCB

 

Un buen diseño de PCB puede reducir efectivamente el impacto de la interferencia de ESD en los productos. Esta también es una parte importante del diseño de ESD, parte del diseño de compatibilidad electromagnética. Puede obtener orientación detallada de esa parte del curso. Cuando se realizan contramedidas de compatibilidad electromagnética en un producto terminado, es difícil rediseñar la PCB (el costo de mejora es demasiado alto), por lo que no se introducirá aquí.

 

software

 

Además de las medidas de hardware, los esquemas de contención de software también son una forma poderosa de reducir interrupciones graves, como bloqueos del sistema. Las medidas de supresión de ESD de software se dividen en dos categorías comunes: actualizar, verificar y recuperar. La actualización implica restablecer periódicamente a un estado de reposo y actualizar la pantalla y los estados del indicador. Solo necesita actualizarlo una vez y asumir que el estado es correcto y que no se necesita hacer nada más. El proceso de verificación / restauración se usa para determinar si el programa se ejecuta correctamente. Se activan a ciertos intervalos para confirmar si el programa está realizando una determinada función. Si estas funciones no se implementan, se activa un procedimiento de recuperación.

 

Contramedidas generales de ESD:

(1) Agregue diodos de protección a dispositivos CMOS y MOS susceptibles;

(2) Cuerdas de decenas de ohmios de resistencia o perlas de ferrita en la línea de transmisión susceptible (incluido el suelo);

(3) El uso de la tecnología de recubrimiento de superficie de protección electrostática dificulta que la ESD descargue el movimiento, lo que ha demostrado ser muy efectivo;

(4) Use cables blindados tanto como sea posible;

(5) Instalar un filtro en la interfaz susceptible; aislar la interfaz sensible donde no se puede instalar el filtro;

(6) Seleccione el circuito lógico con baja frecuencia de pulso;

(7) El escudo de la carcasa está bien conectado a tierra.