استراتيجيات فعالة لحماية ESD في تخطيط PCB: تحسين الأداء وتقليل المخاطر

الكهرباء الساكنة، وهي شكل من أشكال الطاقة الكهربائية التي توجد على سطح الأشياء، تحدث عندما يكون هناك توازن محلي للشحنات الإيجابية والسلبية، مثل حدوث التفريغ الكهربائي الساكن الناتج عن الاحتكاك. لقد كانت الكهرباء الساكنة تحديًا للعديد من المنتجات الإلكترونية لفترة طويلة، حيث تولد التيارات الناتجة عن التفريغ الكهربائي الحقل الكهرومغناطيسي الذي يمكن أن يتسبب في تداخل شديد في الدوائر. لذلك، من الضروري النظر في حماية ESD خلال المراحل الأولية لتصميم PCB.

تتضمن مبادئ حماية ESD في تخطيط PCB عمومًا وضع أجهزة حماية ESD بأقرب ما يمكن من نقطة الإدخال أو الموصل وتقليل المسافة بين أجهزة حماية ESD والخطوط المحمية.

بالنسبة لتصميم PCB، من المهم تحديد مسافات العزل الصحيحة في المناطق الحساسة حيث من المرجح حدوث التفريغ الكهربائي الساكن. في حالة المنتجات المثبتة على الرف، فإن مسافة الانهيار للجهد الكهربائي الساكن تبلغ حوالي 1 مم لكل كيلوفولت. من خلال دمج منطقة عزل بحجم 35 مم عند الحواف الحساسة، يصبح من الممكن تحمل الجهود الكهربائية الساكنة تصل إلى 35 كيلوفولت.

1. تصميم حماية ESD للوحات ذات السرعة المنخفضة:

1) توجيه المسارات بطريقة أفقية أو عمودية، مع تقليل الترتيب المتوازي لخطوط الإشارة.

2) استخدام مسارات أكثر سمكًا في أي وقت يسمح الفضاء.

3) اتباع مبادئ تصميم الدوائر عالية السرعة للتوجيه.

4) تجنب التعامل مع خطوط الإشارة الحرجة، مثل إشارات الساعة وإشارات إعادة التعيين، على حواف PCB.

5) تقليل حلقات التوصيل لجميع مسارات PCB، بما في ذلك حلقات الطاقة والأرض.

6) للوحات ذات الجانب الواحد أو الجانبين دون مستويات الطاقة، تأكد من وجود مسار أرضي يرافق مسارات الطاقة.

7) في كل مرة تكون ممكنة، استخدم تصاميم PCB متعددة الطبقات.

2. تصميم حماية ESD للوحات عالية السرعة:

1) تأكد من وجود مستوى أرضي صلب للتوجيه.

2) الحفاظ على مسافة كافية بين المكونات، مثل المرشحات، وحدات العزل الضوئي، خطوط الطاقة المترددة، وخطوط الإشارة الحساسة.

3) استخدم مرشحات منخفضة المرور (C، ESD devices، RC، LC) للمسارات على مسافات بعيدة.

4) تنفيذ العزل (إضافة درع) لمنع الأسلاك المحمية من الجريان بشكل متوازي مع الأسلاك غير المحمية.

5) تجنب مشاركة مسارات الأرض المشتركة مع مكونات أخرى.

3. الطرق العامة لمنع الكهرباء الساكنة:

1) الحفاظ على سلامة مستوى الأرض، زيادة مساحة سطح التأريض، وضمان توزيع النحاس المتساوي للحفاظ على مقاومة الأرض المتسقة. حافظ على مستويات الأرض على نفس المستوى الأفقي.

2) تنفيذ تصميم الأرضية المحيطة حول حافة PCB، وإغلاق خطوط البيانات بحاجز أرضي.

3) زيادة عدد فتحات التأريض وضمان التفاعل الوثيق بين طبقات الأرضية.

4) تثبيت محولات الضوء أو المحولات على PCB، بالإضافة إلى العزل الكهربائي والحماية، لتقليل تأثيرات تفريغ ESD بشكل فعال.

5) إنشاء اتصال نقطة واحدة بين PCB GND وأرضية الغلاف لمنع تداخل تيارات تفريغ ESD في الدائرة عبر الغلاف. اختيار نقطة التأريض بعناية، ويفضل في نقطة دخول الكابل.

6) إذا سمحت مساحة PCB وتم تصميم مسارات تفريغ ESD وتكامل النظام العام بشكل جيد، فقد يتم النظر في تنفيذ حلقة أرضية واقية حول حافة PCB، مع معالجة النحاس المكشوف والعديد من الاتصالات عبر الثقوب.