Cómo la inductancia parasitaria puede afectar tu protección contra Descargas Electrostáticas (ESD)

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Cuando era niño, estaba seguro de que iba a ser biólogo. Recolecté todo tipo de lagartos, renacuajos e insectos, y gasté la mayor parte de mi mesada en acuarios para que vivieran mis diversas criaturas. Sin embargo, una cosa realmente me detuvo. Me dan mucho asco los parásitos. Puedo dejar que una mantis o una serpiente se arrastre sobre mí, pero incluso mirar una tenia me provoca arcadas. Finalmente, entré en ingeniería, donde nada necesita que le den de comer durante el fin de semana. Si bien los parámetros parasitarios son malas noticias, nunca me han hecho vomitar en el trabajo. 

En particular, la inductancia parasitaria (L) puede tener un impacto significativo en la efectividad de la protección contra descargas electrostáticas (ESD). Administrar sus interfaces y usar supresores de voltaje transitorio (TVS) en tus entradas son los primeros pasos críticos. Sin embargo, si no minimizas la inductancia parasitaria, todo ese trabajo puede desperdiciarse. Esto es especialmente cierto cuando estás usando un TVS. Si un diodo TVS experimenta una alta inductancia parasitaria, en el caso de un pulso ESD, se puede permitir que el voltaje se sobrepase dramáticamente y no proteja tus componentes en absoluto. 

Parasitic inductance in a TVS protection

Tuve muchas pequeñas criaturas, como los anolis, pero una aversión extenuante a los parásitos me alejó de una carrera en biología.

 ¿Qué hace la inductancia parasitaria a mi protección? 

Podemos resolver esto si observas la inductancia en una protección TVS y piensas en tu clase de introducción a los circuitos.

El voltaje del pulso ESD (VESD) puede considerarse: VESD = VBREAKDOWN(TVS) + RDYNAMIC(TVS)*IESD + LESD(dIESD/dt). Si realmente quieres profundizar en las matemáticas, Texas Instruments tiene un tutorial increíble. La conclusión clave para aquellos de nosotros que descuidamos esto durante el almuerzo es el último período: LESD(dIESD/dt). Debido a que t es muy pequeño, dIESD/dt será enorme. Incluso si la inductancia LESD es muy pequeña, aún puedes tener un pico de voltaje enorme en el sistema.

¿Cómo minimizo mi inductancia parasitaria? 

Entonces, ¿qué haces si el problema es inherente a los rastros de tu PCB? La clave es la colocación inteligente de componentes para minimizar las rutas de derivación y la inductancia parasitaria resultante. 

Minimiza cualquier inductancia desde el TVS a tierra manteniendo la traza corta y utilizando enrutamiento directo. No uses un trozo o vía para conectarte al plano de tierra, para que no haya longitud de ruta adicional o material para contribuir a LGND. 

Lo mismo puede decirse de la entrada al TVS: mantenlo corto, no uses vías o trozos. LESD también puede contribuir negativamente a tu inductancia parasitaria y capacidad de protección. Mantén también el TVS cerca del conector de entrada. Además de mantener baja la inductancia parasitaria, ayudará a prevenir el acoplamiento transitorio del pulso de ESD en trazas vecinas.

Minimiza la longitud del rastreo y no uses vías para conectarte a tus televisores.

 ¿Cómo posiciono mis componentes sensibles? 

Mantén los componentes sensibles que estás protegiendo lejos de los televisores. No solo deseas mantener la inductancia LESD pequeña, sino que también quieres maximizar la relación de LIC a Linput en la línea de protección. Como lo explica Machine Design, “La no linealidad de LIC actúa como un amortiguador para el pico inicial del pulso de corriente ESD. Esto crea una caída de voltaje sustancial hacia el CI. Esta inductancia se hace más pequeña cuanto más se acerca el dispositivo ESD al CI, y la caída de voltaje se reduce hasta el punto en que no proporciona ninguna ventaja adicional”. 

Básicamente, al colocar tus componentes sensibles más lejos de la entrada y la protección de TVS, puedes lograr que tu resistencia parasitaria trabaje para ti al disminuir el pico de voltaje del pulso ESD que experimentan tus componentes. 

Si bien la colocación correcta no es tan aterradora como un gusano controlando la mente de un grillo (advertencia: no puedes olvidar que has leído esto), puede que no sea algo que desees hacer repetidamente. Si estás utilizando metodologías de protección similares en múltiples productos, puedes diseñar tus circuitos una vez y usar diseños modulares para facilitar la reutilización. El software de PCB, como Altium Designer®, hace que los diseños modulares sean simples de implementar y te ayuda a proteger tus PCB. Puedes contactar a un representante de Altium para ayudarte a comenzar.

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Acerca del autor

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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