Recomendaciones de diseño de diodos ESD

Tengo un conector de E / S DB25, a través del orificio. Los pines se conectan a un SMT MCU, que quiero proteger de ESD, específicamente IEC 61000-4-2. Quiero usar diodos SMT Zener para proteger los pines.

Estoy considerando varios diseños. Me imagino que el diseño óptimo tendría los diodos entre el DB25 y el MCU. De esta manera, un evento ESD puede derivarse a tierra antes de llegar a la MCU

MCU <-> Diodos <-> DB25

Sin embargo, me gustaría aprovechar los agujeros pasantes en el DB25 para simplificar el enrutamiento y reducir la cantidad de vías que necesitaría. Sin embargo, al hacerlo, los diodos terminarán en el "otro lado" del DB25.

MCU <-> DB25 <-> Diodos

¿Es una mala idea? Me preocupa un poco si un ataque ESD lo suficientemente rápido podría "dividirse" y llegar a la MCU antes de que los diodos comiencen a conducir por completo.

Si este es el caso, ¿se mitigaría si las trazas MCU <-> DB25 se ejecutaran en la capa inferior, mientras que las trazas DB25 <-> Diodos estuvieran en la capa superior? ¿Las vías adicionales entre el MCU y el DB25 animarían a la corriente ESD a pasar por el diodo?

Es difícil tratar con ESD, y las soluciones son más magia negra que ciencia. Dicho esto, lo que quieres es que la impedancia a tierra sea menor que la impedancia al chip que estás protegiendo. Hay varias formas de hacer esto, y la solución más práctica probablemente involucrará varias de estas cosas a la vez.

1. La colocación y el enrutamiento de trazas es un buen comienzo. Como notó, MCU <-> Diodos <-> DB25 es probablemente el mejor, aunque MCU <-> DB25 <-> Diodos puede funcionar. Para que funcione, las trazas a los diodos deben ser gruesas y cortas. Los rastros a la MCU deben ser largos y delgados. Pero, en mi humilde opinión, solo hacer esto no es suficiente para un producto comercial.

2. Coloque algún tipo de resistencia o cordón de ferrita entre el DB25 / Diodos y el MCU. Prefiero resistencias para esto porque su impedancia es más predecible a altas frecuencias, pero una cuenta también podría funcionar. Una resistencia de alrededor de 10 a 50 ohmios es buena, dependiendo de la naturaleza de las señales que esté ejecutando. Esta resistencia / cordón aumentará la impedancia a la MCU, guiando la ESD a tierra de una manera diferente.

3. Pon un condensador en paralelo con los diodos. Un valor de 3 nF es ideal para la protección contra ESD. Pero dependiendo de su señal, es posible que tenga que usar una más pequeña o más grande, o ninguna. Lo más grande que puede salirse con la suya también reducirá sus problemas de EMI. La función básica de la tapa es absorber rápidamente el choque ESD y volver a emitirlo más lentamente y con un voltaje más pequeño. Si la tapa es lo suficientemente grande, entonces no se requiere el diodo. Esta tapa también forma un filtro RC con el n. ° 2 anterior y evita que EMI entre o salga de la caja.

4. Conecte el escudo del DB25 a la tierra del chasis y asegúrese de que su chasis sea un buen escudo.

Recientemente tuve un problema con un dispositivo USB que se bloqueaba cada vez que ocurría una descarga de ESD a menos de 8 pies de la caja. Al final tuve que conectar la carcasa USB al chasis, agregar resistencias de 33 ohmios a las líneas de datos USB, agregar tapas y diodos. Hasta que hice todo eso, aún experimentaba fallas. Si dejara uno de esos, cualquiera, fallaría. Ahora funciona de manera sólida, incluso con chispas de 1 pulgada de largo directamente al chasis.

Para empezar, usaría diodos especiales de supresión de ESD en lugar de diodos zener comunes; son más rápidos y resisten mejor el alto voltaje.

Sus preocupaciones sobre la ubicación relativa están justificadas. La corriente puede dividirse y alcanzar tanto el diodo de protección como el controlador. Por lo tanto, coloque siempre el diodo entre el conector y el controlador, y no los coloque en un trazo corto, ya que creará el mismo problema. Coloque el diodo ESD en la traza misma.

Asegúrese de que la distancia y la resistencia a un plano de tierra sean lo más cortas posible. Cuanto mayor es el área de tierra, mayor es su capacidad y menor es el voltaje restante.
No cuentes demasiado en la tierra, eso está muy lejos; una descarga puede acabar con todos tus CMOS antes de que llegue a la tierra.

$\Omega$el puente reduce la corriente de descarga, que de lo contrario se acoplaría a trazas cercanas e induciría voltajes excesivos allí. Los resultados de las pruebas de ESD estaban bien.