Usare la Messa a Terra per Proteggere Il Tuo PCB da Danni ESD

Ero alle superiori prima di considerare una possibile carriera di ingegneria al di fuori della sala macchine di qualsiasi serie su Star Trek. Sebbene, inconsciamente fossi assolutamente interessato. I segnali erano anticipati, considerando che potevo ricordare tutti i nomi degli ingegneri capo di  Star Trek. L’accordo è stato concluso quando ero eccitato in maniera ridicola di ricevere un braccialetto antistatico ESD come regalo. Non ne hai uno nel tuo portagioie? Bene, è fatto di cinghie elastiche con una larga striscia di metallo che va contro la tua pelle ed un cavo con una pinza a coccodrillo che agganci al terreno. All’epoca avevamo solo connessione analogica ad internet, ma questo non mi fermò dal passare ore ad aspettare che si caricassero pagine così da poter capire come mettere a terra me stesso. Armato del mio braccialetto, convinsi i miei amici di assumermi per aggiornare le RAM dei loro computer, o lasciarmi aprire i loro computer. 

 Installing RAM into a PC.

Sebbene mettere a massa può essere semplice come toccare del metallo e non abradere i tuoi piedi, meglio essere messi a terra prima di maneggiare qualcosa di sensibile alle scariche elettrostatiche (ESD). 

Usare la massa per proteggersi da scariche elettrostatiche è necessario in molte fasi nello sviluppo del tuo prodotto. Quando maneggi prodotti sensibili, come schede RAM, la buona pratica include di usare un tappetino ESD e isolare te stesso. Puoi anche garantire una messa a terra per proteggere i tuoi prodotti progettandoli adeguatamente. Meglio applicare buone pratiche di messa a terra al tuo progetto PCB e ridurre la dipendenza dalle pratiche di manipolazione sicure. Come direbbe Spock, è illogico pensare che tutti i clienti futuri o installatori metteranno a massa loro stessi in maniera ossessiva quando maneggiano prodotti sensibili.  

Usare piani di massa 

Ci sono vari modi per utilizzare la messa a terra per protezione da ESD, ma prima cosa e più importante è usare un piano di massa. Sebbene non sia sempre fattibile usare un progetto multistrato, il piano di massa può essere davvero d’aiuto se siete preoccupati rispetto alla protezione da ESD. Come ben sai, una scarica improvvisa induce campi elettromagnetici. Un piano di massa adeguatamente connesso può ridurre danni instradando la corrente lontano da componenti sensibili.  

Usare un piano di massa ti dà un altro modo di ridurre la zona del i loop del circuito  in elettricità alle tracce a terra. Quando riducete la zona dei loop del circuito, diminuirete l’EMI (Interferenza Elettromagnetica) totale all’interno della zona di ritorno elettrico. Ciò, a sua volta, diminuisce la corrente corrispondente che può circolare in componenti in cui non dovrebbe 

Proteggere i tuoi piani di massa 

Per tutto il buono che un piano di massa può fare, può anche agire come un percorso diretto ai tuoi componenti sensibili se un ESD scarica direttamente dentro. Per prevenire questo tipo di danno, ricordate di usare circuiti TVS fra l’alimentazione e la terra sui componenti sensibili per deviare le correnti indotte. Quando correttamente implementato, la tensione differenziale incontrata dai componenti si terrà alla tensione di clamping del TVS. 

Puoi anche usare condensatori di bypass ad alta frequenza fra alimentazione e terra su componenti sensibili. I condensatori ridurranno l’iniezione di carica e le differenze di potenziale fra alimentazione e terra. Tieni questi condensatori e i tuoi TVS vicini ai componenti che ti preoccupi di proteggere. 

In aggiunta, dovresti usare una terra di rame quando stai allegando condensatori al tuo PCB. Assicurati che la terra sia separata dalla terra del PCB, oppure inserisci un bel percorso di bassa resistenza per ESD per raggiungere tutti i tuoi componenti, malgrado tu metta tutto il resto della protezione a posto. E, in generale, dovresti ridurre al minimo la lunghezza del percorso non appena puoi.   

Usa una massa del telaio 

Simile all’isolare se stesso ed il case del computer prima di iniziare a estrarre cose fuori, puoi mettere a terra il case esterno del tuo prodotto. Permettendo alla tua basetta ed al telaio di condividere una messa a terra, puoi migliorare la messa a terra dell’intero sistema. Uno dei modi più facili di mettere in pratica una massa del telaio è inserire una “vite del telaio”  che connette il piano di massa al telaio. In ogni caso, assicurati che stai usando distanziatori adeguati così che i componenti non vengano schiacciati o cortocircuitato al case quando il PCB viene avvitato. 

 
Installing a screw into a PCB

Usare una vita del telaio può aiutarti a mettere a terra il tuo PCB al tuo case esterno, e quindi alla terra. 

In aggiunta, mettere a terra con una vite del telaio rende la protezione dei circuiti da ESD più efficace quando usi soppressori di tensione transitoria agli ingressi.  Ricorda, vorrai separare la massa del telaio dalla terra digitale e analogica usando componenti induttivi. In tal caso, una scarica nella terra non sarà accidentalmente ripartita a tutti i tuoi altri componenti. 

Se stai progettando circuiti ad alta velocità, sai che sono più complessi da ottimizzare per prestazione. Questo è particolarmente vero se stai instradando attraverso vari piani di massa, come telaio e strato PCB. La migliore delle ipotesi è che puoi connettere la massa del telaio direttamente alla terra. Se questa non è un’opzione, dovresti tenere tutto dei piani di massa strettamente interconnessi fra loro. Ciò aiuterà a ridurre al minimo ogni “variazione di terra“ attorno a componenti chiave. 

Quando usi una messa a terra sul tuo telaio, When you do use an earth ground to your chassis, Texas Instruments consiglia  che dovresti tenerla “subito adiacente” ad entrambe le terre sul tuo TVS ed alla massa della fonte dell’ESD atteso, solitamente lo schermo del connettore (terra del contenitore metallico) sull’ingresso. 

Fingers touching a PCB while cleaning it.

Dita ben intenzionate possono fare molti danni involontari mentre installano, puliscono, o ispezionano un PCB. 

Incorporare una buona messa a terra nel tuo progetto può evitarti molti danni causati da dita impacciate o curiose; ciononostante ben intenzionate. E mentre aggiunge uno strato addizionale di complessità al piano per il tuo case e i tuoi distanziatori, può farti risparmiare molto tempo per ri-aggiornare il tuo progetto. Uno strumento PCB che può aiutare a gestire l’ulteriore complessità è Altium’s 3D clearance checking. Lasciando Altium gestire lo spazio fisico della tua basetta e del tuo case, puoi concentrarti sul resto del tuo progetto. Puoi iniziare con Altium ora, e riuscirci al primo tentativo!  

 

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