Consigli sulla disposizione dei diodi ESD

Ho un connettore I / O DB25, foro passante. I pin si collegano a un MCU SMT, che voglio proteggere da ESD, in particolare IEC 61000-4-2. Voglio usare i diodi Zener SMT per proteggere i pin.

Sto considerando vari layout. Immagino che il layout ottimale avrebbe i diodi tra DB25 e MCU. In questo modo, un evento ESD può essere deviato a terra prima che arrivi all'MCU

MCU <-> Diodi <-> DB25

Tuttavia, vorrei sfruttare i fori passanti nel DB25 per semplificare il routing e ridurre il numero di vie di cui avrei bisogno. Tuttavia, così facendo, i diodi finiranno sull'altro lato del DB25.

Diodi MCU <-> DB25 <->

È una cattiva idea? Sono leggermente preoccupato se uno sciopero ESD sufficientemente veloce possa "dividersi" e raggiungere l'MCU prima che i diodi inizino a condurre completamente.

In tal caso, sarebbe mitigato se le tracce MCU <-> DB25 fossero eseguite sul livello inferiore, mentre le tracce dei diodi DB25 <-> fossero sul livello superiore? I via aggiunti tra MCU e DB25 incoraggerebbero invece la corrente ESD a passare attraverso il diodo?

L'ESD è difficile da affrontare e le soluzioni sono più magia nera che scienza. Detto questo, quello che vuoi è che l'impedenza a terra sia minore dell'impedenza al chip che stai proteggendo. Esistono diversi modi per farlo e la soluzione più pratica probabilmente coinvolgerà molte di queste cose contemporaneamente.

1. Il posizionamento e l'instradamento delle tracce è un buon inizio. Come hai notato, i diodi MCU <-> DB25 sono probabilmente i migliori, sebbene i diodi MCU <-> DB25 <-> possano funzionare. Per farlo funzionare, le tracce dei diodi dovrebbero essere spesse e corte. Le tracce dell'MCU devono essere lunghe e sottili. Ma, IMHO, fare questo non è abbastanza per un prodotto commerciale.

2. Inserire una sorta di resistore o tallone di ferrite tra il DB25 / Diodi e l'MCU. Preferisco i resistori per questo perché la loro impedenza è più prevedibile alle alte frequenze, ma potrebbe funzionare anche un tallone. Una resistenza da circa 10 a 50 ohm è buona, a seconda della natura dei segnali che stai eseguendo. Questo resistore / tallone aumenterà l'impedenza all'MCU, guidando l'ESD a terra in modo diverso.

3. Metti un condensatore in parallelo con i diodi. Un valore di 3 nF è ideale per la protezione ESD. Ma a seconda del segnale potrebbe essere necessario utilizzarne uno più piccolo o più grande. O nessuno. Il più grande che puoi cavartela ridurrà anche i tuoi problemi EMI. La funzione di base del cappuccio è di assorbire rapidamente l'ammortizzatore ESD e di emetterlo più lentamente e con una tensione inferiore. Se il cappuccio è abbastanza grande, il diodo non è necessario. Questo cappuccio forma anche un filtro RC con il n. 2 sopra e impedisce all'IME di entrare o uscire dalla scatola.

4. Collegare la schermatura del DB25 alla massa del telaio e assicurarsi che il telaio sia una buona schermatura.

Recentemente ho avuto un problema con un dispositivo USB che si arrestava in modo anomalo ogni volta che si verificava uno zap ESD entro 8 piedi dalla scatola. Alla fine ho dovuto collegare la shell USB allo chassis, aggiungere resistori da 33 ohm alle linee dati USB, aggiungere cappucci e diodi. Fino a quando non ho fatto tutto ciò che ho avuto ancora fallimenti. Se avessi lasciato uno di quelli, nessuno, avrebbe fallito. Ora funziona solido, anche con scintille lunghe 1 pollice fino allo chassis.

Per cominciare, userei speciali diodi di soppressione ESD invece dei comuni diodi zener; sono più veloci e resistono meglio all'alta tensione.

Le tue preoccupazioni sul posizionamento relativo sono giustificate. La corrente può effettivamente dividersi e raggiungere sia il diodo di protezione che il controller. Pertanto posizionare sempre il diodo tra il connettore e il controller e non posizionarlo su una traccia di troncone, poiché si creerà lo stesso problema. Posizionare il diodo ESD sulla traccia stessa.

Assicurarsi che la distanza e la resistenza a un piano di massa siano il più brevi possibile. Maggiore è l'area del terreno, maggiore è la sua capacità e minore è la tensione residua.
Non contare troppo sulla terra, è troppo lontano; una scarica può eliminare tutti i CMOS prima che raggiungano la terra.

$\Omega$il ponticello riduce la corrente di scarica, che altrimenti si accoppierebbe alle tracce vicine e indurrebbe tensioni eccessive lì. I risultati dei test ESD andavano bene.