Implementação de rastreamento / anel de proteção no design de PCB

Eu li aqui e ali alguns artigos sobre PCB Guard trace / ring. Mas nenhum deles discutiu como implantar corretamente. O que eu pude encontrar foram algumas fotos e comparações que não podem me ajudar no momento!

O que eu gostaria de saber é como posso tornar o circuito a seguir mais à prova de vazamento de corrente (no caso de projeto - eu sei que o material PCB e o SIR desempenham uma grande regra).

O circuito fornecerá até 30V através de resistores e cada resistor é conectado ao capacitor. Cada capacitor é então conectado a uma matriz de chave e, finalmente, uma única saída da matriz de chave é conectada a um picoamímetro para medir a corrente de fuga dos capacitores.

Gostaria de saber se devo me preocupar com a corrente de fuga no circuito ou não! Se sim, como posso melhorá-lo?

Este é o meu circuito de teste:

Estou pensando em conectar os capacitores apenas por fio no circuito, que é um pino de capacitor soldado por um fio no pequeno circuito que projetei, e o outro pino também com um fio soldado à blindagem BNC que vai ao picoamperímetro e é em comum com a fonte de tensão (SMU)

Um anel de proteção é tradicionalmente usado para proteger os nós de alta impedância em um circuito das correntes de fuga da superfície. O anel de proteção é um anel de cobre acionado por uma fonte de baixa impedância na mesma voltagem que o nó de alta impedância. Normalmente, esse seria o pino de entrada de um amplificador operacional.

Aqui está um exemplo de um layout de anel de guarda clássico para um amplificador operacional de latas de metal do AN-241 da National Semi :

E aqui está um exemplo de como isso seria conectado, da revista Analog Dialog Dialogue :

A principal característica é que o anel de proteção está conectado a um nó que será acionado na mesma voltagem que o nó de alta impedância sendo protegido, mas com uma impedância de fonte muito menor.

Observe que nem todos os sites de fornecedores são criados iguais. O AN1258 da Microchip recomenda o uso da rede de alta impedância para criar um anel de proteção ao redor das redes de baixa impedância - não faça isso.

Agora para o seu caso específico. Embora o lado não acionado do seu capacitor não seja estritamente um nó de baixa impedância, uma vez que o próprio amperímetro deve fornecer um caminho de impedância razoavelmente baixo ao terra durante a medição, ele ainda causará erros de medição se alguma corrente tentar alcançar o terra através desse nó em vez de por outro caminho. Não faria mal adicionar um anel ao redor do nó assim:

Diferentemente de outra resposta, eu não incluiria o lado acionado do capacitor dentro do anel, já que esse é um nó de baixa impedância, sendo conduzido a uma tensão bastante alta. No entanto, você indicou que a rede em questão nem está fisicamente localizada no PCB, portanto, esse conselho é bastante discutível. Sendo a rede de alta impedância basicamente flutuando no ar, ela deve estar bem protegida contra vazamentos em qualquer caso.

Sua fonte de alimentação é CC. Você escreveu que medirá a saída com um picoamômetro. Isso implica que sua corrente esteja na faixa de pA. O anel de guarda que protege o circuito de alta impedância não é uma má idéia. Então, o que é alta impedância no seu esquema e o que não é? Entrada Picoamperímetro, certamente é alta impedância. Fonte de alimentação de 12V, certamente não.

Aqui está como eu faria isso. Observe que o anel corre entre os pinos de R1, entre os pinos de S2, entre os pinos do picoamímetro:

A que conectar o anel? O anel de proteção deve ter um caminho de baixa impedância para o aterramento. A melhor abordagem é ter o anel de guarda aproximadamente na mesma voltagem que o sinal, que o anel está protegendo. Dessa forma, o vazamento entre o sinal e o anel será pequeno, porque a diferença de tensão entre eles é pequena. Às vezes, conectar o anel ao GND funciona. Às vezes, você precisa de um amplificador de proteção (procure).

-Usuario

PS Os métodos para reduzir o vazamento de corrente contínua são diferentes daqueles para combater EMI conduzido ou irradiado.

Por favor, use o seguinte link para este fim:

CAPÍTULO 12: PROBLEMAS DE PROJETO DA PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO (PCB)

Isso será muito útil para você.

O anel de guarda não é (um pouco) necessário. Por motivos de EMI, você não deseja transmitir sinais ou energia perto da borda do plano de terra. Se o sinal foi roteado (em uma camada diferente) até a borda do plano de terra, existe a possibilidade de EMI esguichar para o lado. Simplesmente não encaminhando esse sinal até o limite, você pode reduzir drasticamente o EMI emitido. Eu esqueço a distância exata do sinal à extremidade do plano de terra, mas está em algum lugar na vizinhança de 0,050 polegadas.

Obviamente, isso nos faz pensar no que fazer com 0,050 polegadas sem nada. O que alguns projetistas de PCBs fazem, inclusive eu, é colocar um traço de terra ao redor do perímetro do plano de terra e, em seguida, amarrá-lo ao avião usando vias aproximadamente a cada 0,25 ". Eu sinceramente não acho que isso melhore as coisas lacuna, mas parece bom em teoria, não prejudica as coisas e, pelo menos, fornece um bom lembrete para não direcionar sinais para lá.

As camadas de energia devem ser feitas da mesma forma, pois devem ser puxadas para trás da borda do plano de terra. Eu apenas vou em frente e coloco um anel de aterramento na camada do plano de força e amarro-o ao solo como antes. Como nas camadas de sinal, ele fornece uma boa maneira de "automagicamente" puxar o plano de potência de volta.

Este método não se aplica a PCBs que não possuem um plano de terra. Colocar um anel de aterramento em torno de um PCB pode piorar as coisas, não melhorar, se esse anel acabar carregando alguma corrente.

Eu não acredito que isso fará qualquer coisa por vazamento, embora a EMI funcione nos dois sentidos. Qualquer circuito que irradia EMI também pode receber EMI. Portanto, dessa perspectiva, ele pode tornar seu design mais tolerante a interferências externas de EMI.