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EMC工程师应对ESD的策略_暗记_旗子

admin 2025-01-17 19:01:01 0

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常见的ESD试验等级为打仗放电:1级——2KV;2级——4KV;3级——6KV;4级——8KV;空气放电:1级——2KV;2级——4KV;3级——8KV;4级——15KV。
本人所处的医疗电子行业,产品的ESD试验一样平常要达到第3等级,即打仗6KV,空气8KV。
在整机ESD试验方面,本人也搞过了几台不同型号的产品,也算搞出了一点眉目,总体的办理思想是把静电流向地,现总结如下。

1. 电源加TVS管

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特殊是对付袒露在外的一些接口,比如USB、VGA、DC、SD卡等,对这些接口进行打仗放电时,静电很随意马虎就会“串”到电源线上,静电由本来的共模变成了差模,此时电源上就会产生一个很高的尖峰,很多芯片都承受不了,发生去世机,复位等问题。
对付电源VCC的ESD保护,可以并接TVS管来办理。
TVS管与稳压二极管很相似,都有一个额定的电压,不同的是它的相应速率特殊快,对静电有很好的泄放浸染。
例如对付USB接口(见图1.1、图1.2),VCC和外壳地之间并接5V的TVS管。
相称于把电源和地钳位在5V以内,这样可以有效地把静电电流导向地,达到效果很明显。
要把稳的是布局布线的时候,TVS管要只管即便靠近接口的位置,TVS的阴极以最近的路径接到接口的外壳地(如果有的话)。

图1.1

图1.2

2. 对外接口旗子暗记线ESD保护

对外接口的旗子暗记线同样须要保护,否则静电经由旗子暗记线直接到达芯片IO管脚,虽然芯片的IO都有二极管保护,一样平常可以抵御+-2KV的静电,但是对付+-6KV的ESD打仗放电,就会遭遇破坏的风险。
同样是USB接口,如图2.1,差分旗子暗记线D+和D-接了个ESD器件TPD4S012,实际上是与USB电源和地并接反向二极管,把电流导向USB电源或者地。

图2.1

3. 敏感器件电源添加LC滤波

有些IC特殊随意马虎受静电影响,进行ESD试验时,总是发生复位或者去世掉。
究其缘故原由,一样平常都是电源引脚受到滋扰。
对此可以对其电源添加LC滤波。
一样平常芯片的VDD管脚阁下都会有一个去耦电容,但是这个去耦电容是没有办法有效拦截静电的,乃至是几十uF的钽电容并接小电容,效果仍旧不佳。
这时候,如果再串一个小电感,情形就得到很好的改不雅观。
静电放电会产生一个尖峰,同属于高频滋扰,LC可以很好地将高频滤除,使通过电感之后的尖峰大大减弱,IC就不随意马虎去世机或者复位。

本人有一次对整机EMC整改,ESD试验时,按键掌握板的MCU总是复位。
后来用示波器进行追踪,创造是外部看门狗芯片发生复位,导致MCU复位。
于是先在电源上并接TVS管,还是会复位;再在看门狗芯片VCC管脚旁并接22uF钽电容,情形好一些,但还是会复位;末了再串接一个0.47uH的贴片电容,组成LC滤波(如图3.1所示)。
在+-6KV的ESD打仗放电下,就再也不会复位,而且事情正常。

图3.1

4. PCB铺地哀求

PCB要尽可能多的铺地。
如果是双面板,两面都要大面积铺铜,而且还要有足够的地过孔;如果是四层板或以上,紧张元件层的附近平面层要设置成地层。
比如四层板,如果紧张元件在顶层,那么分层为:顶层->地层->电源层->底层;如果紧张元件在底层,分层为:顶层->电源层->地层->底层。

5. 接地哀求

静电要得到有效开释,就要担保良好的接地。
对付医疗电子,一样平常的医疗电子产品比如监护仪,机身后面都会有一个等电位接地端。
在做ESD试验的时候,这个接地端也是要接大地的,这样就有了一个静电快速泄放的路子。
如图5.1,如果主电路板分为三个模块:电源板,主控板和接口板,接口板的接口外壳地要和旗子暗记地分开,然后接口板的外壳地和等电位端用粗导线相连。
系统的旗子暗记地可以从电源板的外壳地与旗子暗记地相连然后共用一根粗导线与等电位审察连。
之以是没有采取每块板都分别接到等电位真个星形接地方法,是由于星形接地会形成接地环路,从而增加射频噪声和随意马虎受电磁滋扰。

图5.1

6. PCB布局布线

从事理图的设计到PCB的布局布线,EMC的设计思想就该当在深深的脑海里。
设计出了好的事理图,如果PCB布局布线不当,那么出来的板子是失落败的。
如果芯片的去耦电容离芯片的管脚很远,那也就失落去了去耦的浸染。
如果敏感旗子暗记的走线太长,就会引入意想不到的电磁滋扰。
在抗ESD方面,敏感的器件或者旗子暗记线(如reset)该当阔别PCB边缘,防止空气放电直接滋扰到器件和旗子暗记线。
PCB边缘该当留有一定宽度的空隙或者铺铜。

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