ESD – мифы и реальность
Поводом для написания этого материала стал анализ часто задаваемых вопросов и выявленных несоответствий при проведении аудитов предприятий за последние 10 лет. Статья рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся способами и средствами защиты от воздействий электростатических разрядов — Electrostatic discharge (ESD).
Применяя простые и доступные понятия, обратим внимание на некоторые заблуждения, а также практические рекомендации в области применения средств защиты от электростатических явлений, не вдаваясь в глубину физических явлений. Описание этих явлений есть в огромном количестве статей, учебников, в отчетах по исследованиям и других источниках.
ESD (электростатический разряд) существует на протяжении всей жизни Вселенной и планеты Земля. И этому разряду совершенно безразличен уровень наших познаний о нем — он просто воздействует на нас, на окружающие предметы, окружающую среду, приборы, машины и т. д. Еще наши далекие предки, сталкиваясь с катастрофическими последствиями воздействия ESD — с молниями, пытались найти способы защиты от них, не понимая сути явления. По мере развития цивилизации и особенно технического прогресса необходимость в защите от ESD становилась все более актуальной.
Один из характерных примеров из прошлого, где требовалось принять серьезные меры по защите от воздействия ESD — производство пороха в больших объемах. Отсутствие знаний в области электростатических явлений приводило к катастрофическим последствиям. При перемещении больших объемов пороха накапливались огромные электростатические заряды, разряд которых рано или поздно приводил к детонации. Процесс изучения электростатических явлений и разработка средств и мероприятий по защите от их воздействия продолжаются непрерывно, причем практически во всех областях деятельности человечества.
Два слова о некоторых заблуждениях в терминологии. Часто можно услышать в разговорной речи специалистов разного уровня или обнаружить в статьях, каталогах и других публикациях некорректные, чисто сленговые выражения типа: ESD-стандарты; ESD-зона; ESD-исполнение; ESD-упаковка; ESD-коврик и т. п. История массового применения этих сленгов в среде специалистов, работающих в области радиоэлектроники, уходит в годы прошлого столетия. Тогда коммерческие компании начали выводить на отечественный рынок современное оборудование, технологии, компоненты и, в том числе, всевозможные средства, приборы и материалы для организации рабочих зон, обеспечивающие защиту от электростатических разрядов — Electrostatic Protected Area (EPA).
Непрофессиональные переводы, невысокая техническая компетенция коммерсантов, плохое знание английского языка в сочетании с легко произносимым буквосочетанием «ESD» и породили сленговые выражения. В свою очередь, у определенного контингента возникла ассоциация, что ESD сокращенно означает антистатическую защиту.
Свою «лепту» внесла табличка (РИС.1), обозначающая локальную зону, защищенную от воздействия ESD (электростатических разрядов). Если не знать точно, что она обозначает, а только услышать, что это обозначение антистатической зоны, можно предположить, что ESD — это и есть английская аббревиатура антистатической зоны. Так электростатический разряд (ESD) превратился в антистатическую защиту (или еще в один сленг — антистатика).
Для внесения ясности в использование английской терминологии следует запомнить переводы наиболее часто встречающихся терминов:
▪ Electrostatic discharge (ESD) — электростатический разряд;
▪ Electrostatic Protected Area (EPA) — зона, защищенная от электростатического разряда;
▪ ESD-protected work area — рабочая зона, защищенная от электростатического разряда.
Примеры предупреждающих табличек, обозначающих границы зон, в которых приняты меры по защите от электростатических разрядов, приведены на РИС.2.
В 2009 г. был утвержден ГОСТ Р (МЭК61340-5-1:2007) «Защита электронных устройств от электростатических явлений».
В стандарте предлагаются варианты сокращений терминов:
- ЭСР — электростатический разряд;
- УЗЭ — участок, защищенный от электростатического разряда;
- ЭСР-координатор — лицо, отвечающее за все аспекты защиты от ЭСР;
- ЭСР-защита — защита от электростатического разряда;
- и т. д.
Несмотря на то, что вышеуказанный ГОСТ действует уже 7 лет, предложенные в нем сокращения редко применяются при написании статей и, тем более, не употребляются в разговорной речи.
Существует множество заблуждений по поводу применения средств защиты от электростатических разрядов, вплоть до приписывания им свойств, которые они обеспечить не могут. Например, у заказчика задача — сортировать товар (не подверженный повреждениям электростатическими разрядами), упакованный в обычную полиэтиленовую пленку. Соответственно, перемещение больших объемов полиэтиленовой пленки способствует непрерывному образованию электростатических зарядов, величина которых может достигать сотен киловольт. Приближаясь на расстояние пробоя к предмету, имеющему такой заряд, человек каждый раз подвергается кратковременному, но весьма неприятному воздействию электрического тока, вызванного ЭСР. Это, естественно, создает очень дискомфортные условия работы. Заказчик полагает, что если он оснастит рабочие места антистатическими средствами — проблема решится. Однако это не так. В данной ситуации обычные антистатические средства (антистатические столы, коврики, браслеты, полы и т. д.) практически бесполезны. Если нет возможности применить полиэтилен с токопроводящими свойствами, то единственное, что можно предпринять для снижения напряжения разряда (менее чувствительного для человека), это обеспечить в помещении влажность не ниже 80 %.
В стандартах, описывающих рекомендации по созданию зон, защищенных от воздействия электростатических разрядов, указывается, что в этих зонах не рекомендуется наличие диэлектриков. Если диэлектрики необходимы для выполнения технологических операций, следует принять дополнительные меры для уменьшения уровня заряда, образующегося на диэлектрике. Под диэлектриком в данном случае подразумеваются материалы с поверхностным сопротивлением свыше 100 Гом. Какие-либо попытки снять заряд с данных диэлектриков контактным способом результатов не дают. Единственный способ, позволяющий снизить величину заряда диэлектрика — это обеспечить ионизацию воздуха вокруг диэлектрика, т. е. обеспечить проводящую среду для непрерывного стекания постоянно образующегося заряда.
Сегодня многие заказчики наслышаны о необходимости оснащения современных производственных участков предприятий радиоэлектроники средствами антистатической защиты. Однако немногие задумываются, для чего это требуется и как правильно организовать комплекс мероприятий, действительно обеспечивающих функционирование зон, защищенных от воздействия электростатических разрядов.
Правильно организованная производственная зона, защищенная от воздействия ЭСР — это зона с предсказуемыми и контролируемыми параметрами, что позволяет точно прогнозировать уровень допустимых дефектов и избегать возникновения непредсказуемых производственных дефектов. В таких помещениях значительно проще поддерживать чистоту, т. к. имеющиеся в воздушной среде частицы не притягиваются антистатическими поверхностями, а удаляются вытяжными системами, что является дополнительным, но немаловажным преимуществом.
Иногда руководство предприятия считает, что на производственных участках реализованы зоны антистатической защиты только потому, что они приобрели антистатическую мебель, укомплектовали рабочие места антистатическими аксессуарами и постелили на пол антистатический линолеум. Да, действительно, все эти предметы потребуются для оснащения антистатической зоны, однако для того, чтобы они выполняли возложенную на них функцию, их надо правильно подключить, правильно эксплуатировать и постоянно контролировать параметры. Стандарты предполагают наличие в штате предприятия ЭСР-координатора с необходимой компетентностью, обеспечивающего соблюдение требований стандартов по защите от электростатических явлений. Именно он должен разработать комплекс необходимых мероприятий с учетом специфики конкретного производства, который должен предусматривать соблюдение требований стандартов: проведение и регистрацию соответствующих постоянных и периодических измерений для подтверждения параметров зон антистатической защиты, обучение персонала на регулярной основе.
Остановимся на ошибках и заблуждениях, наиболее часто встречающихся при проектировании и организации зон, защищенных от ЭСР.
Основной объект, на котором постоянно образуется статический заряд, но который должен присутствовать на производственных участках, защищенных от воздействия ЭСР, — это человек. Поэтому бóльшая часть мероприятий, антистатических материалов и аксессуаров предназначены для обеспечения непрерывного стекания постоянно образующегося на производственном персонале электростатического заряда. Цель — не допустить накопления величины заряда выше допустимой и тем самым избежать возникновения ЭСР.
Выделяя производственный персонал, как основной объект для снятия статического заряда, предполагается, что об антистатических свойствах других предметов, которые попадают на УЗЭ, уже позаботились, например, производители электронных компонентов упаковали их в специальную антистатическую тару и т. п.
При проектировании производственных помещений, защищенных от воздействия ЭСР, следует исходить из того, что в них не должны присутствовать диэлектрики. Это означает, что материалы, применяемые для облицовочных работ стен и потолка, должны обладать антистатическими свойствами или, как минимум, не должны способствовать образованию статических зарядов. Отдельное внимание следует уделить устройству пола. Распространенно заблуждение, что достаточно постелить линолеум, обладающий антистатическими свойствами или сделать наливной пол материалом с антистатическими свойствами, и защита обеспечена. В действительности для обеспечения требуемых параметров антистатического пола этого недостаточно.
На РИС.3 показан пример требуемой конструкции антистатического пола. На грунтованное бетонное основание необходимо закрепить медную сетку, которая формируется лентами из медной фольги с шагом 1 м по всей площади помещения. От медной сетки по периметру помещения следует предусмотреть отводы, чтобы потом их подключить к установленным на стенах специальным колодкам, предназначенным для подключения антистатических средств. Отдельно следует предусмотреть отвод для подключения медной сетки к шине заземления в силовом щите. И только после этого на токопроводящий клей можно уложить финишное покрытие в виде антистатических линолеума, плитки или организовать наливной пол.
Наличие медной сетки под антистатическим покрытием обязательно. Именно она обеспечивает требуемое распределенное поверхностное сопротивление пола (в допустимых пределах) по всей поверхности, а также достаточную повторяемость величины сопротивления, измеренного в любой точке поверхности относительно заземления, что обеспечивает одинаковые параметры пола в любой точке.
После изготовления антистатических полов в обязательном порядке следует выполнить процедуру приемо-сдаточных измерений, чтоб убедиться, что полученный результат соответствует требованиям. Средства и методики измерений изложены в ГОСТ Р «Электрическое сопротивление напольных покрытий и установленных полов».
Отдельное внимание следует уделить поиску решений, которые обеспечат выполнение требований стандартов, касающихся защиты электронных устройств от электростатических явлений в сочетании с требованиями стандартов по обеспечению электробезопасности. В некоторых случаях дополнительно приходится учитывать требования технологических процессов.
Один из часто задаваемых вопросов при создании зоны, защищенной от ЭСР: «Как правильно организовать контуры заземления для подключения антистатических средств и контуры заземления, предназначенные для обеспечения электробезопасности, и где они должны соединяться?» На РИС.4 приведена условная схема подключения.
На что следует обратить внимание?
В пределах помещения (УЗЭ) не должно быть дополнительных соединений между контуром антистатического заземления и контуром заземления, обеспечивающим электробезопасность — у них разное функциональное назначение. Токи, возникающие в одном из контуров, не должны протекать через другой. Это обеспечивается соединением контуров только в одной точке — на шине заземления, расположенной в силовом щите или на подстанции. Соответственно, должны быть проложены раздельные проводники от контура антистатического заземления и контура заземления, обеспечивающего электробезопасность. При таком подключении в случае аварийной ситуации (например, произошел пробой фазы на корпус какого-либо прибора) ток короткого замыкания (КЗ) потечет только по проводнику контура заземления, обеспечивающего электробезопасность, как показано на РИС.5.
После ввода в эксплуатацию помещения или зоны, защищенной от ЭСР, требуется уделить внимание мероприятиям, обеспечивающим проведение требуемых постоянных и периодических проверок, описанных в ГОСТ Р «Защита электронных устройств от электростатических явлений. Руководство по применению».
Комплекс этих мероприятий необходим для обеспечения гарантированного текущего состояния заданных параметров зоны, защищенной от ЭСР. Правильно оснащенная зона еще не гарантирует ее правильное функционирование на протяжении всего срока эксплуатации. Внешне исправные элементы антистатической защиты (соединительные шнуры, браслеты, разъемы, коврики и т. д.) могут оказаться неисправными по причине износа, повреждений и загрязнений.
Соблюдение всех требуемых мероприятий способствует повышению уровня компетентности, ответственности и дисциплины персонала, что существенно влияет на снижение вероятности возникновения незапланированных и непредсказуемых производственных потерь.
Что такое ESD ?
Мы все хорошо знакомы с электростатическим разрядом ESD (electrostatic discharge). Электростатический разряд иногда доставляет нам неприятные ощущения, но несет смертельную опасность для современных полупроводниковых приборов и компонентов. Современный уровень развития микроэлектроники достиг невероятной плотности активных элементов в кристалле. Так, современные процессоры Intel® Pentium® содержат более 200 000 000 транзисторов.
При такой высокой степени интеграции современные компоненты и электронные устройства становятся очень чувствительными к электростатическим разрядам. Как признано ведущими производителями микроэлектроники, ежегодно теряются миллионы долларов из-за недостаточного соблюдения мер предосторожности от воздействия статического электричества. Известен факт, что после внедрения на производстве программы по ESD-защите и контролю, ведущие производители телекоммуникационного оборудования снизили потери от брака в два раза! К сожалению, приходится отметить, что многие отечественные производители микроэлектронных устройств, сервисные службы по обслуживанию телекоммуникационных систем и т. д. не применяют мер защиты от ESD в процессе работы. На первый взгляд кажется, что при прикосновении к электронной плате ничего не происходит, но рука человека может представлять смертельную опасность для микросхемы.
Человек, идущий по ковру, способен генерировать на теле 15 000 В!
При этом разряда, который возникает при напряжении менее 3500 В, человек вообще не ощущает. Для современных микросхем потенциал в 30 В является смертельным.
Часто пробой тока разряда не приводит к мгновенному выходу из строя электронного устройства, но по истечении некоторого времени устройство неожиданно выходит из строя. Это говорит о том, что в результате разряда произошло частичное разрушение тончайшего проводника в микросхеме. Вероятность ее выхода из строя в ближайшем будущем резко возрастает. Все это приводит к дополнительным материальным затратам на устранение неисправности, брака, гарантийный ремонт и, в конечном итоге, непременно скажется на товарной марке производителя.
Что же представляет собой современное производство, оборудованное средствами ESD защиты?
Это современное оборудование, технологии, материалы, комплектующие и, без сомнения, соблюдение мер по антистатической защите на протяжении всего производственного цикла от доставки комплектующих до отправки готовых изделий. Нарушение цепочки в каком-либо месте делает бессмысленным все затраты на обеспечение ESD защиты.
Не экономьте на качестве!
Схема типовой рабочей зоны, защищенной от статического электричества.
| 1. Предупреждающая табличка о входе в ЕРА. 2. Предупреждающая табличка о нахождении в ЕРА. 3. Предупреждающая табличка о выходе из ЕРА. 4. Контролируемый доступ в ЕРА. 5. Обувь-браслет-тестер у входа в ЕРА. 6. Пластина для тестирования одного ботинка. 7. Протокол тестирования обуви и браслетов. 8. ESD-пол, соединенный с ESD-землей. 9. Провод заземления поверхностей рабочих столов. 10. Провод заземления поверхностей полок. 11. Браслет с проводом, подключённым к заземляющей колодке. 12. Жало паяльника, присоединенное непосредственно к ESD-земле. 13. Соединительная колодка для заземляющих проводов и ESD-земли. 14. Соединение ESD-земли с защитным заземлением. | 15. Полупроводящие, заземлённые ящики для хранения. 16. Полупроводящие перчатки для работ с электронным оборудованием. 17. Пневматический пистолет с ионизатором. 18. ESD-ручные инструменты. 19. Полупроводящие и заземлённые рабочие поверхности микроскопа и других приборов. 20. ESD-скоросшиватели для документации. 21. Диссипативная пластиковая папка для бумаг. 22. ESD-рабочий стул. 23. Полупроводящая обувь. 24. Полупроводящие или диссипативные брюки. 25. Полупроводящая рабочая одежда. 26. Тележка с проводящими колёсами и полупроводящими полками. 27. Стеллаж для хранения с полупроводящими и заземлёнными полками. 28. Гигрометр. 29. Вентилятор-ионизатор. |
СРЕДСТВО ЗАЩИТЫ НАЗЫВАЕТСЯ АНТИСТАТИЧЕСКИМ (ESD-APPROVED), ЕСЛИ ОНО ЗАЩИЩАЕТ ОТ:
- неконтролируемого непосредственного разряда любого заряженного объекта через защищаемый;
- неконтролируемого непосредственного заряда или разряда самого защищаемого объекта;
- неконтролируемого трибоэлектрического или индукционного заряда защищаемого объекта.
Внутри защищенной зоны не должно быть разностей потенциалов более 100 В/см.
Согласно стандарту IEC60417 черным треугольником с желтой перечеркнутой кистью руки обозначаются объекты, чувствительные к воздействию разряда статического электричества. Этот же символ используется в качестве предупреждающего знака на табличках и наклейках, имеющих желтое поле с черной линией по периметру и текстовую надпись, а также на маркерах границ зон антистатики (скотче и вывесках). Черным треугольником с неперечеркнутой рукой, заключенным тонкой линией сверху в полукруг, маркируются средства защиты от воздействия разрядов статического электричества (например, упаковочные пакеты).
ESD-защита от электростатического разряда
ESD – ElectroStatic Discharge (электростатический разряд) – аббревиатура, повсеместно применяемая при описании технологий, материалов или инструментов, использующихся на предприятиях или производствах, оборудованных средствами защиты от электростатического разряда.
Вероятно, все мы знакомы с электрическим разрядом, который доставляет неприятные ощущения. Но для современной микроэлектроники электрический разряд представляет огромную опасность, выводя из строя полупроводниковые приборы и компоненты. Статическое электричество — невидимый «киллер» микроэлектроники, наносящий ощутимые убытки при недооценке его силы. В прессе мелькали сообщения, что производители микроэлектроники теряют миллионы долларов из-за пренебрежения к мерам предосторожности от воздействия статического электричества. Известен факт, что после внедрения на производстве комплекса программ по ESD-защите, ведущие производители телекоммуникационного оборудования снизили потери от брака в два раза!
Несмотря на то, что электростатический разряд является переносчиком небольшого количества энергии, большая разность потенциалов и высокая скорость их изменения влекут образование токов, достаточных для мгновенного выхода из строя чувствительной электроники или нанесения кристаллу изначально незаметных повреждений. Следствием таких повреждений является деградация параметров — постепенный отказ, крайне сложный для локализации. Итог — финансовые потери, порой сопровождающиеся потерей репутации. Для превентивного решения проблем имеет смысл оснастить рабочее место средствами антистатической защиты.
Увы, многие мастера-ремонтники в сервисных службах не применяют меры по защите от электростатического заряда. На первый взгляд кажется, что при прикосновении к электронной плате ничего не происходит, но простое прикосновение рукой к микросхеме может представлять смертельную опасность для детали. Человек, идущий по ковру, способен генерировать на теле 15 000 В! При этом разряда, который возникает при напряжении менее 3500 В, человек вообще не ощущает. Для современных микросхем потенциал в 30 В является смертельным.
Часто пробой тока разряда не приводит к мгновенному выходу из строя электронного устройства, но по истечении некоторого времени устройство неожиданно выходит из строя. Это говорит о том, что в результате разряда произошло частичное разрушение тончайшего проводника в микросхеме. Вероятность ее выхода из строя в ближайшем будущем резко возрастает. Все это приводит к дополнительным материальным затратам на устранение неисправности, брака, гарантийный ремонт.
Esd protection что это
ESD в переводе означает Electrostatic Discharge, т. е. электростатический разряд. Он происходит в момент уравнивания разности потенциалов между двумя проводниками, и может необратимо повредить чувствительные электронные схемы. В этой статье приведены причины возникновения ESD и способы защиты от него (использовался перевод статей [1, 2]).
[Откуда берется ESD?]
Статическое электричество представлено дисбалансом положительного и отрицательного зарядов, которые могут накапливаться на поверхности объекта.
Простой электроскоп, показывающий наличие статического электричества (автор D. Mohan Kumar):
Неожиданное перетекание зарядов при уравнивании потенциалов называется электростатическим разрядом (ElectroStatic discharge, ESD), и это событие может негативно повлиять на работоспособность электронных схем, особенно тех, которые используют полевые транзисторы (FET, MOSFET), микросхемы CMOS и микропроцессоры. Однако не стоит успокаиваться тем, кто применяет биполярные транзисторы и микросхемы TTL. На своей практике я помню несколько случаев выгорания логики серии К155 от статического электричества! Боятся статики все компьютерные компоненты — карты SD, жесткие диски, платы расширения PCI, мониторы.
ESD визуально наблюдается как синяя искра, между поверхностями токопроводящих объектов. Иногда эту искру можно не заметить, но все равно электрический разряд потенциально может повредить чувствительные полупроводники. Статическое электричество чаще всего накапливается в сухом климате, особенно в зданиях централизованного отопления, и особенно частот рядом с фотокопировальными машинами (ксероксами). Статический заряд может быть очень значительным в помещении с низкой влажностью, когда техника кондиционирования работает не надлежащим образом. Обычно отрицательный заряд накапливается возле пола, а положительный на некоторой высоте от него. Устранение статических зарядов может быть реализовано с помощь ионизации и увлажнения воздуха, а также правильно организованной вентиляции.
Тело человека. Ваше тело не только проводник электростатики, оно настоящий генератор ESD. Помните игру в школе, когда Вам установили новую мебель, и обнаружилось, что когда елозишь попой на стуле, тело электризуется? Можно было подойти к однокласснику и испугать его прикосновением разряда ESD. Иногда при этом можно было заметить искру электрического разряда! Конечно, такой разряд не сулит электронике ничего хорошего.
Обе ваши руки электрически соединены друг с другом, и можно безопасно перекладывать электронные компоненты из одной руки в другую. Однако реальная проблема возникает при передаче электроники от одного человека к другому, а также когда человек, который держит в руке плату, пытается установить её в какой-либо электронный прибор.
Питающая сеть 220V. Питающая сеть также может создавать потенциалы напряжения, которые могут повредить электронику. Такое напряжение тоже часто относят к ESD, и оно также опасно.
Причина возникновения нежелательного потенциала кроется в наличии сетевых фильтров на стороне входа напряжения питающей сети 220V. Этими фильтрами оснащено практически любое электронное оборудование, получающее питание от сети — осциллографы, генераторы, частотомеры, мониторы, микроволновые печи, холодильники. Пример схемы сетевого фильтра:
Вот так могут выглядеть подобные сетевые фильтры снаружи и внутри:
Конденсаторы фильтра уменьшают проникновение высокочастотных помех из питающей сети в электронику и обратно. Однако тот факт, что они также соединяют сеть 220V с общей шиной (земля, GND) электронных приборов, может привести к проблемам, если общая шина по какой-то причине не заземлена. Обратите внимание на конденсаторы C3 и C4 в примере схемы фильтра. Эти конденсаторы создадут переменное напряжение около 110V между шасси питаемого устройства и шиной земли или нейтрали, если по какой-то причине точка соединения C3 и C4 не заземлена.
Почему при отсутствии заземления сетевой фильтр может создавать проблемы. Известно, что современные шнуры трехпроводные, и коннектор на шнуре имеет 3 контакта. Один провод и контакт специально выделен для заземления, он уравнивает шасси прибора с общим потенциалом. Вот так выглядит нормально работающая схема питания:
В этом примере показаны два устройства:
Устройство 1. Заземленный компьютер, где программист пишет и отлаживает программу.
Устройство 2. Разрабатываемый прибор, который питается от заземленного источника питания.
Программист отлаживает программу, передавая её через USB и адаптер JTAG в отлаживаемое устройство. Иногда программисту требуется перетыкать кабель JTAG. Если сетевые кабели 220v обеспечивают надежный контакт с землей, то обычно проблем не возникает. В момент подключения коннектора JTAG к отлаживаемому устройству они изначально имеют друг относительно с другом безопасный для электроники потенциал. Здесь земли обоих устройств GND1 и GND2 соединены через сетевую вилку, и поэтому коннекторы JTAG папа и мама получают друг относительно друга безопасный, близкий к нулю потенциал.
Но может возникнуть и опасная ситуация, когда по какой-то причине устройство 1 или устройство 2 (или даже они оба) не заземлены. Это обычная ситуация в случае некачественного сетевого кабеля, или если он подключен в розетку, которая не имеет заземления. Для примера предположим, что общий провод устройства 1 не соединен с землей. Тогда между контактами коннектора JTAG (он через USB подключен к компьютеру, т. е. устройству 1) и отлаживаемым устройством может образоваться опасное напряжение около 110V переменного тока:
Если по какой-то причине в момент подключения коннектора JTAG соединится не контакт земли, а сигнальный провод (любой из сигналов TCK, TDI, TDO, TMS) то через него потечет опасный ток, который может повредить как микроконтроллер, где отлаживается программа, так и адаптер JTAG.
Для устранения подобных ситуаций применяют выделенное, специально организованное соединение между землей компьютера и землей отлаживаемого устройства. Это самый простой и надежный способ. Также иногда дополнительно используют адаптеры JTAG с гальванической изоляцией интерфейса.
[Защита от ESD]
Вот несколько общих принципов защиты от ESD, по мере уменьшения их значимости. Они могут применяться как по отдельности, так и совместно, для усиления эффекта:
1. Предварительное уравнивание потенциалов в безопасной для электроники цепи.
2. Ограничение тока разряда с ограничением напряжения разряда на чувствительной цепи.
3. Изоляция.
Идеально организованное рабочее место, обеспечивающее защиту электроники от ESD:
Если Вы понимаете, как реализовываются эти принципы на практике, то дальше можно не читать, нужно только создать все условия, которые будут гарантировать минимум риска появления ESD и их вредного воздействия.
[Уравнивание потенциалов]
Вот меры, которые помогут снять потенциал ESD еще до того, как разряд доберется до электроники:
1. Поддержание в помещении оптимальной влажности, применение кондиционеров и ионизаторов воздуха.
2. Антистатическая обработка мебели и одежды.
3. Применение антистатических матов и браслетов на рабочем месте.
4. Заземление всего, что только возможно.
5. Поддержание в идеальном рабочем состоянии заземления питающей сети 220V и кабелей подключения к ней.
6. Антистатическая упаковка.
7. Соблюдение некоторых правил при передаче электроники с места на место.
8. Применение специальных коннекторов, обеспечивающих гарантированное первое подключение шины земли.
Несколько простых правил манипуляций с электронными компонентами, которые помогают защититься от ESD:
• Берите электронное устройство в руки (транзистор, микросхема, печатная плата, модуль) только после того, как будете уверены, что между этим электронным компонентом и Вами нет электрического потенциала. Уровнять потенциалы можно в безопасном для электронного компонента месте — сначала нужно коснуться электростатического мата, на котором компонент лежит, или электростатического пакета. Если это печатная плата, то предварительно коснитесь шины земли на ней. Эти правила помогут предварительно уравнять потенциалы между Вами и компонентом в безопасном месте, после чего можно переносить компонент и совершать с ним какие-то действия.
• При передаче электронного компонента от человека к человеку сначала коснитесь кожи человека, и только потом передавайте ему компонент. Первое прикосновение гарантирует уравнивание потенциала в безопасном для электроники месте.
• Следует принять меры предварительного уравнивания потенциала жала паяльника и монтируемой конструкции. Это можно сделать с помощью заземления жала паяльника и паяемой конструкции. Паяльные станции имеют для этой цели специальное гнездо или клемму. Однако наглухо заземленное жало паяльника может быть менее безопасно, чем совсем не заземленное. Подключайте заземление через последовательный резистор порядка 100 кОм .. 1 МОм. Идеальный вариант, когда жало и монтируемая плата соединены друг с другом проводом с последовательным резистором 100 кОм .. 1 МОм. И конечно, на паяемой конструкции должно отсутствовать питание.
• Синтетические коврики на полу могу генерировать заряд. Избегайте их на рабочем месте, или используйте специальные антистатические коврики и маты.
• Электронно-лучевые трубки (используемые в старых моделях осциллографов и мониторов) могут быть опасны, так как они питаются от высокого напряжения и могут создавать электрические заряды на экране. Держите чувствительные к ESD компоненты на безопасном расстоянии от экрана, и избегайте касаний экрана.
Паяльные станции. Имейте в виду, что многие старые паяльные станции, и даже некоторые современные, имеют клеммы заземления, которые накоротко соединены с жалом паяльника. Вот очень качественный современный паяльник TS100 с клеммой заземления, которая имеет нулевое сопротивление с жалом паяльника:
Сопротивление между клеммой заземления и жалом можно просто проверить с помощью мультиметра — на моей паяльной станции мультиметр показывает 4.41M (это нормально). Если сопротивление слишком мало, то нужно добавить последовательно с подключением заземления резистор 1 МОм.
Если этого не сделать, то короткое заземление через жало паяльника, когда случайно начали паять находящееся под питанием устройство, может повредить его электронную схему. Это событие не связано с ESD, однако оно тоже опасно. Включенный последовательно с заземлением резистор избавит Вас от подобных проблем.
Изоляция паяльника. Оригинальное решение, которое хорошо работает в случае использования электростатических коврика и браслета, или надежного соединения паяемого устройства с клеммой заземления паяльной станции. Паяльник TS100, работающий от аккумуляторной батареи:
[Обеспечение первого подключения шины земли]
Некоторые коннекторы устроены таким образом, что некоторые штырьки у них длиннее. Обычно длинные штырьки используются для подключения провода земли (GND), иногда и питания. Это сделано специально, чтобы при соединении, когда разъем входит в ответную часть, сначала соединялись и уравнивали свой потенциал цепи с длинными контактами, и только потом соединялись сигнальные цепи. Получается возможность реализовать горячее подключение, когда устройство находится под током и работает.
Хороший пример таких коннекторов — Serial ATA, и широко известный в быту штепсель USB Type A:
Контакты, справа налево: красный +питания (VBUS), белый -DATA, зеленый +DATA, черный GND.
[Ограничение тока разряда]
К этому способу защиты относят ESD-фильтры и защитные цепи, состоящие из резистора и двух диодов.
ESD-фильтры, EMI-суппрессоры. Выпускаются интегральные фильтры и подавители помех. Некоторые из них имеют встроенные ограничители напряжения (варисторы, диоды), которые снижают риск повреждения от импульса статического электричества [3].
Защитные цепи. Последовательно включенный резистор и цепочка из диодов защищают сигнальную цепь от перенапряжения. Уровень напряжения на сигнальной шине не может опуститься значительно ниже GND (в этом случае ток пойдет через диод D2) и подняться выше уровня напряжения питания Vcc (в этом случае ток пойдет через диод D1).