تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

معرفی

تخلیه الکتروستاتیک (Electrostatic Discharge, ESD)، پدیدهٔ لحظه‌ای و ناگهانی عبور جریان الکتریکی است که میان دو جسم با پتانسیل الکتریکی متفاوت اتفاق می‌افتد، زمانی که اختلاف پتانسیل میان آن دو، از حد معینی فراتر رود.بهترین راه محافظت در مقابل تخلیه الکترواستاتیک طراحی درست PCB مدار می‌باشد. یکی از راه‌های محافظت در مقابل ESD استفاده از دیود TVS می‌باشد.

راه مقابله با ESD قرار دادن یک دیود TVS می‌باشد، به صورتی که جریان آن را با کمترین امپدانس به زمین منتقل کند، پس طراحی صحیح PCB برای کم ترین امپدانس ممکن ضروری می‌باشد. هم چنین مقدار امپدانس خود دیود TVS و پکیجینگ آن نیز مهم است. همان طور که در شکل زیر مشخص است مقدار V_ESD تابعی از I_ESD و مقدار امپدانس است.

راه حل مقابله : استفاده از TVS

TVS آرایه‌ای از دیودهاست که در ولتاژهای معمول امپدانس بالایی را از خود نشان می‌دهد اما اگر ولتاژ بر روی دیود از ولتاژ طراحی شده بزرگتر شود دیود TVS خواهد شکست و جریان I_ESD از آن عبور خواهد کرد، در این صورت قطعات حساس از آسیب محافظت خواهند شد. شماتیک دیود  TVS و نحوه حفاظت به صورت شکل زیر است.

مدار معادل مربوط به ترک‌های PCB مسیر عبور ESD به صورت شکل زیر است که باید امپدانس های این مسیر کنترل شوند.

نکات طراحی برای مقابله با ESD

نگرانی دیگری که وجود دارد عبور جریان I_ESD از مسیر ترک ممکن است باعث به وجود آمدن EMI در دیگر مدارهای PCB شود. این مسئله برای مسیر منبع ESD تا دیود TVS خواهد بود در حالی که ادامه مسیر عاری از EMI خواهد بود. مسئله دیگری که وجود دارد قرار دادن VIA بین منبع ESD تا دیود TVS است که تا حد امکان باید از آن پرهیز شود اما در بعضی موارد طراح مجبور می‌شود VIA قرار دهد، که در این صورت اگر این عمل به درستی انجام شود حتی ممکن است V_ESD را بر روی آیسی محافظت شده کاهش دهد.

به طور خلاصه محافظت از سیستم در مقابل ESD به موارد زیر خلاصه می شود.

• کنترل امپدانس اطراف دیود TVS برای کم کردن اثر جریان I_ESD
• کم کردن اثر EMI بر روی قسمت‌های محافظت نشده
• استفاده درست از VIA برای ماکزیمم کردن اتلاف ESD با استفاده از TVS
• طراحی مسیر زمین کردن TVS با کمترین امپدانس ممکن

نویسنده:  سعید احمدی

منبع: گروه الکترونیک قدرت دانشگاه تهران