Jaki jest cel ochrony wejścia na USB (lub w ogóle)?

Widziałem całkiem sporo przypadków, w których diody z uprzedzeniem zwrotnym są używane do zaciskania napięć wejściowych, gdy występują skoki.

• Jakie jest typowe napięcie przebicia wstecznego dla diody stosowanej w tego typu aplikacjach?

Wydaje się, że te diody zabezpieczające są na miejscu, aby nie chronić przed dużym przyłożonym napięciem przez użytkownika, ale raczej służą do tłumienia skoków napięcia, które mogą wynikać z wyładowań statycznych.

• Dlaczego może nastąpić wyładowanie statyczne, skąd ten nadmiar ładunku pochodziłby z obwodu (na płytce drukowanej, a nie na pokładzie, na którym osoba może wprowadzić wyładowanie) i jaka jest typowa wielkość napięcia?

• Dlaczego nie należy również brać pod uwagę możliwości potencjalnie dużego ujemnego napięcia, a także umieścić diody odwrotne z linii wejściowej do Vcc?

Projektuję prostą płytkę sterującą dla kontrolera, który będzie wysyłał dane przez interfejs USB. Dzięki moim badaniom odkryłem, że wiele konstrukcji zawiera te odwrócone diody zabezpieczające na Vusb, D + i D-, jednak nie wszystkie.

Ponownie, jeśli wszystko to jest zamontowane na płytce drukowanej, dlaczego może nastąpić nagłe wyładowanie elektrostatyczne i skąd może ono powstać?

• Jak często zdarza się tego rodzaju zdarzenie i bez tych diod prawdopodobne jest uszkodzenie obwodów?

• Czy najlepszą praktyką jest zawsze dołączanie tych diod zabezpieczających, czy też nie są one czasami konieczne? Jeśli to drugie, jakie szczególne przypadki uznają za niepotrzebne?

• Czy jakaś dioda będzie działać, czy też powinna być zastosowana dioda o określonym napięciu przebicia?

EDYTOWAĆ:

Przeglądając te notatki aplikacji, jeden pokazuje

Podczas gdy drugi pokazuje coś podobnego, ale bez „górnego” węzła podłączonego do czegokolwiek. Czy to błąd drukarski, czy sugeruje się połączenie z Vbus?

Zapomnij na chwilę o USB, ponieważ te urządzenia są przydatne w znacznie większej liczbie aplikacji niż tylko USB. Po pierwsze, diody w pierwszych dwóch przykładach zwykle nie byłyby zwykłymi diodami sygnałowymi lub diodami Zenera. Zazwyczaj są to diody tłumiące przemijające napięcie (TVS).

Diody TVS występują w różnych smakach, ale istnieją trzy kluczowe parametry. Po pierwsze, maksymalne napięcie zwrotne. To jest napięcie robocze. W przypadku USB będziesz chciał być bardzo blisko 5 V. Następną rzeczą, na którą chcesz spojrzeć, jest napięcie zaciskające. Ponownie około 5 V dla USB. Zwykle prąd upływowy znacznie wzrasta, gdy napięcie zaciskające zbliża się do napięcia przeciwstawnego. Pamiętaj o tym, jeśli ma to znaczenie w Twojej aplikacji. Ostatnim kluczowym parametrem jest szczytowy prąd zwrotny. Upewnij się, że obsługuje standard, na którym będziesz testować.

Jest jeszcze jedna rzecz, o której należy pamiętać, umieszczając diody TVS na szybkich liniach sygnałowych (np. USB, HDMI, Ethernet itp.). Upewnij się, że dioda TVS ma niską pojemność. Istnieje wiele diod i układów odpowiednich do tego celu, które będą miały pojemności w okolicach 0,2pF.

Przejdę od razu do twojego drugiego przykładu, ponieważ mówimy tutaj o USB. Przedstawiony schemat byłby odpowiedni, gdyby pokazane diody zaciskały się wokół 5 V i próbowały diod TVS. Zwykłe diody Zenera nie są wystarczająco szybkie do ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi.

W ostatnim przykładzie pytasz, czy górny węzeł jest podłączony do Vbus i zgodnie z arkuszem danych urządzenia tak nie jest. Jeśli wystąpi dodatnie zdarzenie ESD na którejkolwiek z linii sygnałowych, TVS je zablokuje. Vbus TVS ma wyższe napięcie zaciskania szyny zasilającej.

Zapytałeś,

Again, if all of this is mounted on a PCB, why might a sudden static discharge occur
and where might it originate?

Potencjalnym problemem jest ESD (Wyładowanie elektrostatyczne) pochodzące z zewnątrz płytki drukowanej, pochodzące ze złącza USB. Użytkownik może nosić produkt na dywanie lub innym generatorze ESD i dotykać złącza USB palcem. Nawet jeśli do złącza USB podłączony jest kabel, mogą one dotknąć złącza na drugim końcu kabla i przejść przez złącze USB.

Dotyczy to nie tylko złączy USB, ale także wszystkich złączy produktu - nawet gniazda zasilania.

Kiedy projektujemy produkt na sprzedaż i poddajemy go testowi na EMI / EMC (zakłócenia elektromagnetyczne i zgodność), dom testowy wstrzykuje krótkie impulsy niskoprądowe 8 000 V (8 kV) do każdego złącza, a następnie testuje, czy urządzenie nadal działa poprawnie. Urządzenia pokazane na schematach mają na celu ochronę przed wyładowaniami na tym poziomie lub wyższym. Bez ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi urządzenie prawdopodobnie nie przejdzie tego testu.

Po co zdobywać certyfikat UL, który może kosztować tysiące dolarów w laboratorium testowym? Czy to wymóg prawny? Nie, ale wielu sprzedawców detalicznych, takich jak Walmart, nie będzie nosić produktów elektronicznych, jeśli nie będzie miało znaku UL. W Europie odpowiednikiem jest znak CE.