Treccia di schermatura in rame e protezione ESD

Nel precedente blog sulle scariche elettrostatiche (ESD) "Non fatevi scioccare dalle scariche elettrostatiche (ESD)!", ho descritto cosa avevo imparato su questo fenomeno quando ero un ingegnere alle prime armi. Purtroppo, a un certo punto iniziai ad abbassare la guardia, in parte a causa di una convinzione ottimistica secondo cui i creatori dei componenti elettronici moderni avrebbero adottato misure per proteggere i loro componenti dalle scariche elettrostatiche.

Sebbene triste da ammettere, imparai sulla mia pelle che non era così, quando una scarica elettrostatica risultò disastrosa per il mio progetto di hobbistica, che avevo chiamato "Fantasmagorico motore dei pronostici pedagogico" (lasciamo perdere). Dopo il disastro, aggiornai rapidamente le mie precauzioni e i miei protocolli personali antistatici.

Tra le altre cose, acquistai un grande tappetino di messa a terra dissipativo, simile a 6672436 di ACL Staticide. Acquistai anche diverse fasce da polso antistatiche con cavi associati, simili al set ECWS61M-1 di SCS, insieme allo stesso numero di adattatori per spina di messa a terra, simili alle unità 09838 di Desco.

Come già accennato nel precedente articolo, potete avere tutti i tappetini, i cinturini antistatici e gli adattatori per spina di messa a terra del mondo, ma se non sono messi a terra correttamente, non servono a niente. È un'altra cosa che ho scoperto sulla mia pelle, perché anche se il LED acceso sulla ciabatta può dare un senso di sicurezza, non saprete mai se la presa da parete è difettosa. Per questo motivo, vi consiglio caldamente di dedicare qualche spicciolo a un tester delle prese di alimentazione, come RT210 di Klein Tools.

Tornando al mio motore dei pronostici, quando arrivò il momento di eseguire il collegamento elettrico degli interruttori a levetta, degli interruttori a pulsante, dei potenziometri e dei LED nell'armadio inferiore, prima di fare l'elettrizzante esperienza con la scarica elettrostatica, probabilmente usai pezzi singoli di cavetti di cablaggio a trefoli AWG 22 standard. In seguito all'incidente, imparai la lezione e optai per un cavo schermato a quattro conduttori, come il cavo AWS 22 8723 060100 di Belden (Figura 1).

Figura 1: Tutto il cablaggio dell'armadio inferiore del mio motore dei pronostici è stato eseguito con cavi schermati multicore. (Immagine per gentile concessione di Max Maxfield)

Una delle conseguenze fu che un lavoro di cablaggio che pensavo avrebbe richiesto un paio di ore mi occupò invece per diversi giorni. Se ad esempio guardate la Figura 1 in basso a sinistra, potete notare che ci sono più sezioni di cavo schermato, ognuna di una lunghezza di circa 2,5 cm. Sicuramente un tecnico esperto avrebbe finito in un attimo.

D'altro canto, se qualcuno mi dovesse mai chiedere cosa penso delle scariche elettrostatiche, non dovrei fare altro che mostrargli il retro del mio motore dei pronostici per dimostrare che non ho alcuna intenzione di correre altri rischi.

E non finisce qui. Investii anche in un nastro in rame con retro adesivo come 1181 X 1" di 3M. Indossando orgoglioso una delle mie nuove eleganti fasce da polso antistatiche, avvolsi il nastro attorno ai conduttori di alimentazione della scheda di sviluppo del microcontroller e attorno ai cavi di alimentazione e dei segnali dell'involucro del misuratore. In entrambi i casi, aggiunsi cavi per collegare il foglio in rame a terra (Figura 2).

Figura 2: I cavi di alimentazione e dei segnali che arrivano alla scheda a microcontroller nell'armadio superiore del mio motore dei pronostici e che collegano la scheda all'involucro del misuratore sono ora avvolti con nastro in rame, anch'esso collegato a terra. (Immagine per gentile concessione di Max Maxfield)

Questo tipo di utilizzo del nastro in foglio in rame offre molti vantaggi, non da ultimo il fatto di poterlo applicare a cablaggi esistenti senza dover scollegare tutto. Purtroppo, mentre un tecnico esperto avrebbe sicuramente applicato il foglio in rame in modo professionale per l'osservatore, il mio tentativo faceva praticamente ridere.

Puntate sulla treccia di schermatura in rame

Un mio amico, Rick Curl, mi consigliò un'altra soluzione per questo problema: la treccia di schermatura in rame. Fortuna vuole che a quei tempi Rick (che ora è in pensione) lavorasse per un'azienda che aveva creato un'apparecchiatura di test da utilizzare con linee di trasmissione di potenza da centinaia di migliaia di volt. Questa azienda aveva acquistato un determinato formato di cavo coassiale RG/8 inguainato in una treccia, ma aveva bisogno solo dei conduttori interni, quindi aveva rimosso la treccia e, incredibile ma vero, l'aveva gettata. Pochi giorni dopo, Rick venne a trovarmi in ufficio, portandomi una quantità tale di treccia che mi sarebbe bastata per il resto della vita. Nella Figura 3 potete vedere me che mostro fiero il mio nuovo ammazza-ESD.

Figura 3: Felicissimo di aver ricevuto una scorta a vita di treccia di schermatura in rame, che non solo è un vero e proprio ammazza-ESD, ma è anche molto ricercata per mettere a terra le RF, a causa dell'effetto pelle. (Immagine per gentile concessione di Max Maxfield)

Uno degli effetti positivi della treccia di schermatura in rame è che, oltre a proteggere dalle scariche elettrostatiche, è anche molto utile per scopi di messa a terra delle RF a causa dell'effetto pelle, secondo cui a frequenze più elevate la corrente tende a passare sulla superficie del conduttore anziché per l'intera area. La treccia ha un'area superficiale molto maggiore rispetto a un cavo pieno (o anche a trefoli) a parità di diametro.

Quindi, armato della mia nuova treccia, iniziai subito a proteggere tutti i miei cavi di alimentazione (5 V) e di segnale. La comodità sta anche nel fatto che, una volta inseriti i cavi nella treccia, è possibile tirarne le estremità per ridurne il diametro, in modo che aderisca bene ai cavi che protegge (Figura 4).

Figura 4: Oltre a essere molto efficace contro le scariche elettrostatiche, la treccia di schermatura in rame può essere tirata per aderire ai cavi che protegge e risultare anche gradevole dal punto di vista estetico. (Immagine per gentile concessione di Max Maxfield)

Se guardate bene, potete notare che ho saldato dei piccoli pezzi di cavo a un'estremità di ogni pezzo di treccia per effettuare i collegamenti a terra. E ho usato piccoli pezzi di termorestringente su entrambe le estremità di ogni pezzo di treccia per impedire che si sfilacciasse.

Se non avete un amico che spunta con metri di treccia di schermatura in rame, fortunatamente questo prodotto è acquistabile in diversi diametri: MBC0.50CP25 di Techflex è una treccia tubolare di diametro 13 cm.

Conclusione

Quando parlo con giovani ingegneri all'inizio della carriera, uno dei consigli che dò, oltre a suggerire di fare attenzione e imparare dagli errori degli altri, è di cercare di dedicarsi costantemente a un progetto di hobbistica. Questo infatti non solo aiuta a rilassarsi e a non pensare solo al lavoro ma, per quanto mi riguarda, mi ha anche fatto imparare tantissime cose utili. Nel caso del mio motore dei pronostici, ho imparato di più sulle scariche elettrostatiche di quanto avessi voluto, ma anche su strumenti, materiali e tecniche che mi sarebbero decisamente serviti in futuro.

Informazioni su questo autore

Image of Max Maxfield

Clive "Max" Maxfield ha conseguito la laurea in ingegneria di controllo nel 1980 presso l'Università di Sheffield Hallam, Inghilterra, e ha iniziato la carriera lavorativa come progettista delle unità di elaborazione centrale (CPU) per computer mainframe. Nel corso degli anni, Max ha progettato di tutto, dai chip di silicio alle schede a circuito stampato, dagli amplificatori per onde cerebrali ai motori di prognosticazione steampunk (davvero!). È stato anche a capo della Electronic Design Automation (EDA) per oltre 30 anni.

Max è autore e/o coautore di diversi libri, tra cui i titoli: Designus Maximus Unleashed (vietato in Alabama), Bebop to the Boolean Boogie (An Unconventional Guide to Electronics), EDA: Where Electronics Begins, FPGAs: Instant Access e How Computers Do Math. Visita il suo blog "Max's Cool Beans".

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