จุดประสงค์ของการป้องกันสัญญาณเข้าบน USB (หรือเลย) คืออะไร?


11

ฉันเห็นมาบ้างแล้วว่ามีการใช้ไดโอดแบบเอนเอียงแบบย้อนกลับเพื่อหนีบแรงดันไฟฟ้าอินพุตเมื่อมีหนามแหลมเกิดขึ้น

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

  • แรงดันเบรกดาวน์ปกติทั่วไปสำหรับไดโอดที่ใช้ในแอพพลิเคชั่นประเภทนี้คืออะไร?

ปรากฏว่าไดโอดป้องกันเหล่านี้ไม่ได้อยู่ในสถานที่ที่จะไม่ป้องกันแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานโดยผู้ใช้ แต่จะอยู่ในตำแหน่งที่จะป้องกันแรงดันไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต

  • เหตุใดจึงมีการคายประจุไฟฟ้าสถิตซึ่งประจุส่วนเกินนี้จะมาจากในวงจร (บน PCB, ไม่ใช่การขึ้นเครื่องขนมปังในที่ที่คนอาจมีการคายประจุ) และขนาดแรงดันไฟฟ้าทั่วไปคืออะไร?

  • เหตุใดเราจึงไม่พิจารณาถึงความเป็นไปได้ของแรงดันลบที่อาจเกิดขึ้นและวางไดโอดย้อนกลับจากสายอินพุตไปยัง Vcc


ฉันกำลังออกแบบบอร์ดฝ่าวงล้อมง่ายๆสำหรับตัวควบคุมที่จะส่งออกข้อมูลผ่านอินเตอร์เฟซ USB จากการวิจัยของฉันฉันพบว่าการออกแบบจำนวนมากได้รวมเอาไดโอดป้องกันลำเอียงแบบย้อนกลับเหล่านี้ไว้ใน Vusb, D + และ D- แต่ไม่ใช่ทั้งหมด

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

อีกครั้งถ้าทั้งหมดนี้ติดตั้งบน PCB เหตุใดจึงมีการเกิดไฟฟ้าสถิตย์ขึ้นมาทันทีและอาจเกิดขึ้นได้ที่ไหน

  • เหตุการณ์ประเภทนี้บ่อยเพียงใดและไม่มีไดโอดเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดความเสียหายวงจร

  • เป็นวิธีปฏิบัติที่ดีที่สุดในการรวมไดโอดป้องกันเหล่านี้หรือไม่จำเป็นในบางครั้ง? หากหลังมีกรณีพิเศษอะไรบ้างที่เห็นว่าไม่จำเป็น

  • ไดโอดใด ๆ จะทำงานหรือควรใช้แรงดันพังทลายที่เฉพาะเจาะจงหรือไม่?


แก้ไข:

เมื่อมองดูบันทึกย่อของแอปเหล่านั้นรายการหนึ่งจะแสดงขึ้นมา

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ในขณะที่อื่น ๆ แสดงสิ่งที่คล้ายกัน แต่ไม่มีโหนด "ด้านบน" เชื่อมต่อกับอะไร นี่เป็นข้อผิดพลาดหรือเกี่ยวข้องกับ Vbus หรือไม่?

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่


1
หมายเหตุแอพที่เกี่ยวข้อง: การปกป้องแอปพลิเคชันUSB 2.0โดย Wurth, คู่มือการป้องกัน ESD / EMI ระดับระบบโดย Texas Instruments, การป้องกัน ESD สำหรับอินเตอร์เฟส USB 2.0โดย NXP
Nick Alexeev

1
@NickAlexeev ขอบคุณสำหรับลิงก์แอป ฉันดูพวกเขาและพบสิ่งที่แปลกดังนั้นฉันจึงรวมการแก้ไขด้านบน มีการกล่าวถึงการปฏิบัติโดยทั่วไปเพียงเล็กน้อยยกเว้นว่าขอแนะนำให้ใช้การป้องกันนี้เนื่องจากการป้องกันเพียงจำนวนมากจึงสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์แต่ละเครื่องได้โดยไม่ต้องเพิ่มพื้นที่ซิลิคอนที่ต้องการเพิ่มขึ้นเล็กน้อย
sherrellbc

คำตอบ:


7

ลืมเกี่ยวกับ USB สักครู่เพราะอุปกรณ์เหล่านี้มีประโยชน์ในแอปพลิเคชั่นมากกว่า USB ก่อนอื่นไดโอดในสองตัวอย่างแรกของคุณจะไม่ใช่สัญญาณทั่วไปหรือไดโอดซีเนอร์ พวกเขามักจะมีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบไดโอดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว (TVS) ไดโอด

ไดโอด TVS มีหลากหลายรสชาติ แต่มีพารามิเตอร์หลักสามประการ ขั้นแรกให้แรงดันย้อนกลับสูงสุดย้อนกลับ นี่คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน สำหรับ USB คุณจะต้องใกล้เคียงกับ 5V มาก สิ่งต่อไปที่คุณต้องการดูคือแรงดันไฟฟ้าของการหนีบ อีกครั้งประมาณ 5V สำหรับ USB โดยปกติแล้วกระแสรั่วไหลจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อแรงดันในการจับใกล้ถึงแรงดันย้อนกลับ ระวังในกรณีที่สำคัญในใบสมัครของคุณ พารามิเตอร์คีย์สุดท้ายคือกระแสย้อนกลับสูงสุด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสามารถจัดการกับมาตรฐานที่คุณต้องการทดสอบได้

มีอีกสิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงถึงเมื่อวาง TVS diodes บนสายสัญญาณความเร็วสูง (เช่น USB, HDMI, Ethernet, ฯลฯ ) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไดโอด TVS มีความจุต่ำ มีไดโอดและอาเรย์มากมายเหมาะสำหรับจุดประสงค์นี้และจะมีความจุในละแวก 0.2pF

ฉันจะข้ามไปยังตัวอย่างที่สองของคุณโดยตรงเนื่องจากเรากำลังพูดถึง USB ที่นี่ รูปแบบที่แสดงจะเหมาะสมถ้าไดโอดแสดงที่หนีบประมาณ 5V และลองใช้ไดโอด TVS ไดโอดซีเนอร์ทั่วไปไม่เร็วพอสำหรับการป้องกัน ESD

ในตัวอย่างสุดท้ายของคุณคุณถามว่าโหนดบนเชื่อมต่อกับ Vbus หรือไม่และตามแผ่นข้อมูลอุปกรณ์นั้นไม่ใช่ หากมีเหตุการณ์ ESD เชิงบวกเกิดขึ้นกับสายสัญญาณใด ๆ TVS นั้นจะทำการหนีบ Vbus TVS มีแรงดันหนีบสูงกว่าสำหรับรางไฟ


7

คุณถาม,

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

ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นคือ ESD (Electrostatic Discharge) เกิดขึ้นจากภายนอก PCB ซึ่งมาจากตัวเชื่อมต่อ USB ผู้ใช้อาจถือผลิตภัณฑ์ข้ามพรมหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ESD อื่น ๆ และแตะที่ขั้วต่อ USB ด้วยนิ้ว แม้ว่าจะมีการต่อสายเคเบิลเข้ากับตัวเชื่อมต่อ USB พวกเขาอาจแตะขั้วต่อที่ปลายอีกด้านของสายเคเบิลและผ่าน USB

สิ่งนี้เป็นจริงไม่เพียง แต่สำหรับตัวเชื่อมต่อ USB แต่ตัวเชื่อมต่อใด ๆ ที่ออกมาจากผลิตภัณฑ์ - แม้แต่กับแจ็คไฟ

เมื่อเราออกแบบผลิตภัณฑ์เพื่อขายและทำการทดสอบสำหรับ EMI / EMC (การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและความเข้ากันได้) บ้านทดสอบจะทำการฉีดแรงดันต่ำ 8,000V (8kV) ไปยังตัวเชื่อมต่อแต่ละตัวและทำการทดสอบอุปกรณ์นั้นในภายหลัง ยังคงทำงานได้อย่างถูกต้อง อุปกรณ์ที่แสดงในแผนงานของคุณได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันการปล่อยระดับนี้หรือสูงกว่า หากไม่มีการป้องกัน ESD เป็นไปได้ว่าอุปกรณ์จะล้มเหลวในการทดสอบนี้

ทำไมต้องได้รับการรับรองจาก UL ซึ่งอาจมีค่าใช้จ่ายหลายพันดอลลาร์ในห้องปฏิบัติการทดสอบ เป็นข้อกำหนดทางกฎหมายหรือไม่? ไม่ แต่ร้านค้าปลีกจำนวนมากเช่น Walmart จะไม่พกสินค้าอิเล็กทรอนิกส์เว้นแต่ว่าพวกเขามีฉลาก UL ในยุโรปค่าเทียบเท่าคือเครื่องหมาย CE

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.