Wskazówki dotyczące ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi w projektach hobbystycznych

W końcu zajmuję się prostym projektowaniem PCB dla moich osobistych projektów i martwię się ochroną przed wyładowaniami elektrostatycznymi na odsłoniętych częściach mojej płyty, takich jak porty USB. Wiem, jak działają paski na nadgarstek i rozumiem takie rzeczy, jak diody zaciskowe na nowoczesnych wejściach ICOS CMOS (i wiele artykułów, które w zasadzie omawiam tylko te rzeczy), ale jestem bardziej ciekawy dyskretnych urządzeń zabezpieczających przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Jak mam je wybrać i używać? Jakieś ogólne samouczki, które omawiają spektrum urządzeń i jak je stosować? Znalazłem całkiem niezłe artykuły omawiające na przykład działanie TVS, ale w jakich sytuacjach są one odpowiednim rozwiązaniem, dlaczego miałbym wybierać je na inne urządzenia itp.

To niesamowite pytanie, ponieważ dotyczy dwóch rzeczy, które „początkujący” (jeśli mogę) często nie mają dobrego nastroju:

• Jak ważna jest ochrona i kondycjonowanie elektryczne
• Gdzie umieścić ochronę elektryczną

Oto, co powinieneś zrobić:

You should protect any outgoing and incoming electrical signals that a user will touch

Wszelkie linie we / wy wychodzące z płyty mogą być podłączone do źródła ESD - czy to innego urządzenia, czy osoby. Najprostszym sposobem ochrony czystych wyjść jest buforowanie ich bramką (do wykonania jest wiele części z serii 74 i 4000) lub w przypadku wyjścia analogowego opamp. Dla czystych wejść będziesz chciał użyć rezystora zenera / TVS + jako najprostszego sposobu ochrony takich linii.

Należy jednak pamiętać, że większość, jeśli nie wszystkie, mikrokontrolery i inne urządzenia, z których możesz skorzystać, mają wbudowaną ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi, czasem naprawdę naprawdę dobre rzeczy. Mają zarówno (mikro) Zenera, jak i ochronę od schottky'ego do ziemi / od schottky'ego do Vcc, która zasadniczo zajmuje się wszystkimi twoimi zmartwieniami. Aby udoskonalić swój projekt, nadal możesz chcieć dodać rezystory szeregowe o wartości około 1 kΩ na liniach wychodzących i przychodzących - jeśli nie ma to wpływu na działanie.

Słowo ostrzeżenia: fakt, że wszystkie wejścia / wyjścia MCU CMOS mają na sobie ochronę, nie oznacza, że ​​wszystkie wyjścia mają taką ochronę. Na przykład wyjścia typu open-drain (często używane w urządzeniach peryferyjnych I2C) są niezwykle wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne i wymagają dodatkowej ochrony wejściowej.

Bardzo wrażliwe na ESD są również linie USB. Jednak standardowy zener torfowiska, a zwłaszcza TVS, nie wystarczą ze względu na stosunkowo wysoką pojemność tych urządzeń. Szybkie autobusy wymagają specjalistycznych diod ochronnych, na przykład NXP PRTR5V0U4D. Te urządzenia to tylko diody Schottky'ego idące do szyn zasilających, więc musisz dodatkowo zabezpieczyć zasilacz przed przepięciem, jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś!

You should protect and condition all incoming power lines

Linie energetyczne są zdecydowanie twoim największym wrogiem, jeśli chodzi o destrukcyjne zdarzenia. Oczywiście nieprawidłowe działanie płyty może spowodować przepływ nadmiaru prądu i pożar - do tego używamy bezpieczników. Zawsze wyłączaj tablice, jeśli spodziewasz się, że taki scenariusz będzie możliwy. Mało prawdopodobne - wystarczy taka możliwość. Nie martw się o wartość bezpiecznika, nie musi być ściśle dopasowany do oczekiwanego prądu dobierania twojej planszy. Jedyną funkcją bezpieczników jest zapobieganie pożarom , więc upewnij się, że to robi!

$E=\frac{1}{2}LI^2$

Dlatego na liniach energetycznych dobrym rozwiązaniem jest włączenie TVS lub MOV. Oczywiście bardzo pożądana jest również pewna pojemność.

On-board protection and conditioning is very seldomly necessary

Początkujący często oszaleli na punkcie bezpieczników i urządzeń ochronnych. Nie jest to konieczne, szczególnie jeśli użytkownik lub inne źródło ESD nigdy nie dotknie tych linii. To samo dotyczy ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi - często nie jest to konieczne, a jeśli masz problem z zakłóceniami elektromagnetycznymi, zwykle istnieją lepsze sposoby ich rozwiązania (takie jak zmniejszenie impedancji źródła / obciążenia z zakończeniem lub buforowaniem).