Empfehlungen für das ESD-Diodenlayout

Ich habe einen DB25-E / A-Anschluss, Durchgangsloch. Die Pins sind mit einer SMT-MCU verbunden, die ich vor ESD schützen möchte, insbesondere IEC 61000-4-2. Ich möchte SMT-Zenerdioden verwenden, um die Stifte zu schützen.

Ich denke über verschiedene Layouts nach. Ich stelle mir vor, das optimale Layout hätte die Dioden zwischen dem DB25 und der MCU. Auf diese Weise kann ein ESD-Ereignis auf Masse verschoben werden, bevor es zur MCU gelangt

MCU <-> Dioden <-> DB25

Ich möchte jedoch die Durchgangslöcher im DB25 nutzen, um das Routing zu vereinfachen und die Anzahl der benötigten Durchkontaktierungen zu verringern. Dabei landen die Dioden jedoch auf der "anderen Seite" des DB25.

MCU <-> DB25 <-> Dioden

Ist das eine schlechte Idee? Ich bin etwas besorgt darüber, ob ein ausreichend schneller ESD-Schlag "aufspalten" und die MCU erreichen könnte, bevor die Dioden vollständig leiten.

Wenn dies der Fall ist, würde es gemildert, wenn die MCU <-> DB25-Traces auf der untersten Schicht ausgeführt würden, während sich DB25 <-> Diodenspuren auf der obersten Schicht befinden würden? Würden die hinzugefügten Durchkontaktierungen zwischen der MCU und dem DB25 den ESD-Strom dazu ermutigen, stattdessen durch die Diode zu fließen?

ESD ist schwer zu handhaben, und Lösungen sind mehr schwarze Magie als Wissenschaft. Abgesehen davon möchten Sie, dass die Impedanz gegen Masse kleiner ist als die Impedanz gegen den Chip, den Sie schützen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun, und die praktischste Lösung wird wahrscheinlich mehrere dieser Dinge gleichzeitig beinhalten.

1. Das Platzieren und Weiterleiten von Spuren ist ein guter Anfang. Wie Sie bereits bemerkt haben, sind MCU <-> Dioden <-> DB25 wahrscheinlich die besten, obwohl MCU <-> DB25 <-> Dioden funktionieren können. Damit es funktioniert, sollten die Spuren zu den Dioden dick und kurz sein. Die Spuren zur MCU sollten lang und dünn sein. Aber meiner Meinung nach reicht es für ein kommerzielles Produkt nicht aus, dies nur zu tun.

2. Legen Sie eine Art Widerstand oder Ferritperle zwischen die DB25 / Dioden und die MCU. Ich bevorzuge Widerstände dafür, weil ihre Impedanz bei hohen Frequenzen besser vorhersehbar ist, aber eine Perle könnte auch funktionieren. Ein Widerstand von etwa 10 bis 50 Ohm ist gut, abhängig von der Art der Signale, die Sie betreiben. Dieser Widerstand / diese Perle erhöht die Impedanz für die MCU und führt die ESD auf andere Weise zur Erde.

3. Stellen Sie einen Kondensator parallel zu den Dioden. Ein Wert von 3 nF ist ideal für den ESD-Schutz. Abhängig von Ihrem Signal müssen Sie möglicherweise ein kleineres oder größeres oder gar kein Signal verwenden. Das größte, mit dem Sie durchkommen können, reduziert auch Ihre EMI-Probleme. Die Grundfunktion der Kappe besteht darin, den ESD-Stoß schnell zu absorbieren und ihn langsamer und mit einer geringeren Spannung wieder abzugeben. Wenn die Kappe groß genug ist, wird die Diode nicht benötigt. Diese Kappe bildet auch einen RC-Filter mit der Nummer 2 oben und verhindert, dass EMI in die Box hinein- oder herauskommt.

4. Verbinden Sie die Abschirmung des DB25 mit der Gehäusemasse und stellen Sie sicher, dass Ihr Gehäuse eine gute Abschirmung aufweist.

Vor kurzem hatte ich ein Problem mit einem USB-Gerät, das abstürzte, wenn ein ESD-Zap in einem Umkreis von 8 Fuß um die Box auftrat. Am Ende musste ich die USB-Hülle mit dem Gehäuse verbinden, 33-Ohm-Widerstände zu den USB-Datenleitungen hinzufügen, Kappen und Dioden hinzufügen. Bis ich alles getan habe, habe ich immer noch Fehler erlebt. Wenn ich eines davon weglassen würde, würde es scheitern. Jetzt läuft es solide, auch mit 1 Zoll langen Funken bis zum Chassis.

Zunächst würde ich spezielle ESD-Unterdrückungsdioden anstelle üblicher Zenerdioden verwenden. Sie sind schneller und halten der Hochspannung besser stand.

Ihre Bedenken hinsichtlich der relativen Platzierung sind berechtigt. Der Strom kann sich tatsächlich aufteilen und sowohl die Schutzdiode als auch die Steuerung erreichen. Platzieren Sie daher die Diode immer zwischen dem Stecker und dem Controller und platzieren Sie sie nicht auf einer Stichleitung, da Sie das gleiche Problem verursachen. Platzieren Sie die ESD-Diode auf der Leiterbahn.

Stellen Sie sicher, dass der Abstand und der Widerstand zu einer Grundebene so kurz wie möglich sind. Je größer die Erdungsfläche ist, desto größer ist ihre Kapazität und desto geringer ist die verbleibende Spannung.
Zähle nicht zu viel auf der Erde, das ist zu weit weg; Eine Entladung kann Ihr gesamtes CMOS zappen, bevor es die Erde erreicht.

$\Omega$Der Jumper reduziert den Entladestrom, der sonst an nahegelegene Leiterbahnen koppeln und dort übermäßige Spannungen induzieren würde. Die Ergebnisse der ESD-Tests waren in Ordnung.