Implementación de trazado / anillo de protección en diseño de PCB

He leído aquí y allá algunos artículos sobre pcb guard trace / ring. Pero ninguno de ellos discutió cómo implementarlo correctamente. ¡Lo que pude encontrar fueron algunas fotos y comparaciones que no pueden ayudarme en este momento!

Lo que me gustaría saber es cómo puedo hacer que el siguiente circuito sea más a prueba de fugas de corriente (en el caso de diseño, sé que el material de PCB y SIR juegan una gran regla).

El circuito suministrará hasta 30V a través de resistencias y cada resistencia está conectada al condensador. Cada condensador se conecta a una matriz de conmutación y, finalmente, la salida única de la matriz de conmutación se conecta a un picoamperímetro para medir la corriente de fuga de los condensadores.

Me pregunto si debería preocuparme por la fuga de corriente en el circuito o no. Si es así, ¿cómo puedo mejorarlo?

Este es mi circuito de prueba:

Estoy pensando en conectar los condensadores solo por cable al circuito, que es un pin del condensador soldado por un cable en el pequeño circuito que diseñé, y el otro pin también con un cable soldado al escudo BNC que va al picoamperímetro y está en común con la fuente de voltaje (SMU)

Un anillo protector se usa tradicionalmente para proteger los nodos de alta impedancia en un circuito de las corrientes de fuga en la superficie. El anillo protector es un anillo de cobre accionado por una fuente de baja impedancia al mismo voltaje que el nodo de alta impedancia. Esto normalmente sería el pin de entrada de un amplificador operacional.

Aquí hay un ejemplo de un diseño clásico de anillo de protección para un amplificador operacional de lata metálica del AN-241 de National Semi :

Y aquí hay un ejemplo de cómo se conectaría, de la revista Analog's Analog Dialogue :

La característica clave es que el anillo protector está conectado a un nodo que será conducido al mismo voltaje que el nodo de alta impedancia que se protege, pero con una impedancia de fuente mucho menor.

Tenga en cuenta que no todos los sitios web de proveedores se crean de la misma manera. El AN1258 de Microchip recomienda usar la red de alta impedancia para crear un anillo de protección alrededor de las redes de baja impedancia --- no haga esto.

Ahora a su caso específico. Si bien el lado no conducido de su condensador no es estrictamente un nodo de baja impedancia, ya que el amperímetro en sí mismo debe proporcionar una ruta de baja impedancia a tierra cuando está midiendo, seguirá causando errores de medición si alguna corriente intenta llegar a tierra a través de ese nodo en lugar de por otra ruta. No estaría de más agregar un anillo alrededor del nodo como este:

A diferencia de otra respuesta, no incluiría el lado impulsado del condensador dentro del anillo, ya que es un nodo de baja impedancia, que se conduce a un voltaje bastante alto. Sin embargo, ha indicado que la red en cuestión ni siquiera se encuentra físicamente en la PCB, por lo que este consejo es en gran medida discutible. Dado que la red de alta impedancia básicamente está flotando en el aire, debe estar bien protegida de fugas en cualquier caso.

Su fuente de alimentación es DC. Escribiste que medirás la salida con un picoamperímetro. Eso implica que su corriente está en el rango de pA. El anillo protector que protege el circuito de alta impedancia no es una mala idea. Entonces, ¿cuál es la alta impedancia en su esquema y qué no lo es? Picoamperímetro de entrada, sin duda es de alta impedancia. Fuente de alimentación de 12V, ciertamente no lo es.

Así es como lo haría. Observe que el anillo corre entre los pines de R1, entre los pines de S2, entre los pines del picoamperímetro:

¿A qué conectar el anillo? El anillo de protección debe tener una ruta de baja impedancia a tierra. El mejor enfoque es tener el anillo protector a aproximadamente el mismo voltaje que la señal, que el anillo está protegiendo. De esa manera, la fuga entre la señal y el anillo será pequeña, porque la diferencia de voltaje entre ellos es pequeña. A veces, conectar el anillo a GND funciona. A veces, necesitas un amplificador de protección (búscalo).

-Mella

PS Los métodos para reducir las fugas de CC son diferentes de aquellos para combatir la EMI conducida o radiada.

Utilice el siguiente enlace para este propósito:

CAPÍTULO 12: CUESTIONES DE DISEÑO DE LA TARJETA DE CIRCUITO IMPRESO (PCB)

Esto te será muy útil.

El anillo protector no es (algo) necesario. Por razones EMI, no desea ejecutar señales o energía cerca del borde del plano de tierra. Si la señal se dirigió (en una capa diferente) hasta el borde del plano de tierra, entonces existe la posibilidad de que EMI salga por el costado. Simplemente no enrutando esa señal hasta el borde, puede reducir drásticamente la EMI que se escupe. Olvidé la distancia exacta desde la señal hasta el borde del plano de tierra, pero está en algún lugar cerca de 0.050 pulgadas.

Por supuesto, esto hace que uno se pregunte qué hacer con esas 0.050 pulgadas sin nada. Lo que hacen algunos diseñadores de PCB, incluyéndome a mí, es poner un trazado de tierra alrededor del perímetro del plano de tierra y luego vincular ese rastro al plano usando vías aproximadamente cada 0.25 ". Sinceramente, no creo que esto mejore las cosas con solo tener eso brecha, pero parece bueno en teoría, no daña las cosas, y al menos proporciona un buen recordatorio para no enrutar señales allí.

Las capas de energía deben hacerse de manera similar, ya que deben retirarse del borde del plano de tierra. Simplemente sigo adelante y pongo un anillo de tierra en la capa del plano de potencia, y lo ato a tierra como antes. Al igual que con las capas de señal, proporciona una buena manera de tirar "automáticamente" del plano de potencia hacia atrás.

Este método no se aplica a los PCB que no tienen un plano de tierra. Poner un anillo de tierra alrededor de una PCB de este tipo podría empeorar las cosas, no mejorar, si ese anillo termina transportando corriente.

No creo que esto haga nada por fugas, aunque EMI funciona en ambos sentidos. Cualquier circuito que irradie EMI también puede recibir EMI. Entonces, desde esta perspectiva, podría hacer que su diseño sea más tolerante a la interferencia externa de EMI.