Uderzenie ESD w odsłonięty bolec uziemienia obwodu

Zaprojektowałem obwód dla urządzenia zasilanego bateryjnie, który ma zewnętrzne złącze USB do ładowania i przesyłania danych. Jest to niestandardowe, dokowalne złącze USB bez dostępnego połączenia ekranowego, a cały obwód jest umieszczony w plastikowej obudowie bez możliwości podwozia / uziemienia ochronnego, jak na zdjęciu poniżej:

W celu ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi zastosowałem prawie dokładne zalecenia projektowe podane tutaj: http://www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

Mogę wizualizować bieżącą ścieżkę, gdy Vbus, D + lub D- zostanie trafiony dodatnim lub ujemnym impulsem ESD, tj. Diody sterujące przewodzą do przodu w celu uzyskania impulsu ujemnego lub przekierowują do centralnego TVS w celu uzyskania impulsu dodatniego, proszę poprawić, jeśli moje zrozumienie jest wyłączone.

Nie jestem jednak pewien, co by się stało, gdyby odsłonięty pin GND sam otrzymał zap.

Pytania:

1. Czy ujemne uderzenie ESD na pin GND będzie miało taki sam efekt jak dodatni impuls na Vbus, tj. Rozbicie centralnej TVS lawiny prowadzące do zaciśnięcia?

2. W przypadku pozytywnego wyładowania ESD na GND, diody sterujące i / lub centralny TVS przewodzą do przodu i przekazują całą energię (minus 1 spadek diody Vf, jeśli to w ogóle ma znaczenie) do reszty obwodu, niszcząc w ten sposób spustoszenie !? Próbowałem przedstawić poniższą sytuację:

(Obraz zmodyfikowany z linku cytowanego powyżej)

Rozwiązania, które rozważam:

1. Odłącz Vbus od centralnego TVS i wprowadź autonomiczny dwukierunkowy TVS między Vbus i GND z kolejną ochroną przed odwróconym napięciem dla pozostałej części obwodu (aby tolerować -Vclamp z bi-dir TVS). Nadal może nie zapobiegać przewodzeniu diod sterujących, a ponadto istnieją inne jednokierunkowe diody TVS bocznikujące do GND na innych odsłoniętych stykach IO, które mogą również przewodzić do przodu.

2. Wprowadź ferrytowy koralik między odsłoniętym GND USB a obwodem GND dla dowolnej skromnej impedancji, jaką może zapewnić!

Wszelkie sugestie / informacje są mile widziane, dziękuję!

PS:

• Ponieważ obwód może pobierać energię z Vbus, rezystorów szeregowych nie można dodawać w pętli Vbus-GND

• Test planowany zgodnie z IEC 61000-4-2 , poziom 4 (kontakt / wyładowanie powietrzne 8 / 15kV). Urządzenie będzie działać na zasilaniu bateryjnym podczas testowania bez podłączonego kabla USB, dlatego wszystkie styki byłyby łatwo dostępne dla uderzeń ESD.

Pierwszą rzeczą, która przychodzi na myśl, jest to, że testy ESD powinny być wykonywane w punktach, które są normalnie dostępne podczas normalnej pracy. Ponieważ nie opisałeś, co budujesz, w twoim pytaniu stanowi to niejasną odpowiedź. Testowanie również nie jest opisane w twoim pytaniu, a najważniejsze jest to, z którymi punktami jest podłączony pistolet ESD. Model ludzkiego ciała odnosi się do ziemi.

Kiedy mówisz pozytywny strajk, czy masz na myśli pozytywny w odniesieniu do ziemi? Pozytywny w odniesieniu do czego? Prąd zabierze ścieżkę o najniższej impedancji z powrotem do źródła. Musisz podłączyć do czegoś ujemną lub uziemioną stronę działa ESD. Zwykle jest podłączony do uziemienia lub uziemienia podwozia. Prąd musi wracać do źródła, więc jeśli uderzysz w deskę z pistoletem ESD podłączonym do ziemi, ma on kilka „potencjalnych” ścieżek, które mógłby cofnąć. Jest ekran USB, uziemienie USB, przewody D + i D-, Vbus i powietrze. Powietrze jest jak rezystor od 10 ^ 6 do 10 ^ 9 z kilkoma pF pojemności. Przewody D + i D- mają co najmniej rezystancję Rt plus wszystko, co znajduje się na końcu napędowym kabla. Vbus prawdopodobnie miałby na nim regulator napięcia, więc byłby mniejszy niż Rt.

Odpowiedź brzmi: zabierze ziemię z powrotem do źródła (jeśli masz pistolet esd podłączony do ziemi, a wszystkie ścieżki zobaczą go do pewnego stopnia, ziemia zajmie większość prądu)

Powrót do projektu: głównym powodem posiadania osłony wokół USB jest odsunięcie szumu i ESD od przewodu uziemiającego, który znajduje się obok kabli V + i V-. Z powodu wzajemnego sprzężenia indukcyjnego można uzyskać pewne transjenty, które przechodzą do linii danych i co najmniej powodować hałas, który wybija wysłany pakiet.

Najlepiej byłoby użyć tarczy do tłumienia hałasu i ESD z dala od linii danych i uziemienia USB. Kolejną najlepszą rzeczą (i niezalecaną) byłoby przetaczanie ESD w dół przewodu uziemiającego kabla USB.

Jeśli ludzie zajmują się płytkami drukowanymi, spróbuj zaprojektować płytkę tak, aby uziemienie było pierwszą rzeczą zaobserwowaną przez zdarzenie ESD. Idealną sytuacją byłoby posiadanie metalowej obudowy, która otacza twoje urządzenie przywiązane do tarczy USB. Jeśli nie możesz przywiązać obudowy do tarczy (nie zalecane), przywiąż ją do ziemi. Jeśli nie możesz mieć obudowy, spróbuj użyć pierścieni ochronnych i ładnej, zdrowej płaszczyzny uziemienia.

W przypadku urządzenia zasilanego bateryjnie znajdziesz go w stanie Nie rozładować, ponieważ nie jest uziemiony. Który uważa się za scenariusz przejściowy dla ESD. Chyba że technik pomoże ci zrzucić się na ziemię po każdym zapadzie.

Aby umożliwić ESD szybszą neutralizację, dodaj 10uF cap między Vbus i Gnd. Najbliżej złącza USB. Kiedy zap + 8kV do Gnd, czapka rozładuje się trochę, aby pobrać trochę energii ESD. To, czego nie chciałbym, to znaleźć drogę wyładowania z mojej ziemi, trafia do kołka uziemiającego w jakimś elemencie, a następnie wychodzi z kołka zasilającego komponentu.

Nadchodzą ceramiczne podstawy TVS, a ich czas reakcji jest znacznie szybszy niż w przypadku konwencjonalnej podstawy TVS z diodami.