ESD Strike บนพินกราวด์วงจรสัมผัส

ฉันได้ออกแบบวงจรสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่ซึ่งมีขั้วต่อ USB ที่สัมผัสภายนอกสำหรับการชาร์จและถ่ายโอนข้อมูล มันเป็นตัวเชื่อมต่อ USB ที่ไม่ได้มาตรฐานเชื่อมต่อได้โดยไม่มีการเชื่อมต่อแบบป้องกันและวงจรทั้งหมดจะอยู่ในปลอกพลาสติกที่ไม่มีความเป็นไปได้ในการใช้งานตัวถัง / ป้องกันโลกบางอย่างเช่นภาพด้านล่าง:

สำหรับการป้องกัน ESD ฉันได้ปฏิบัติตามคำแนะนำการออกแบบเกือบทั้งหมดที่มีให้ที่นี่: http://www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

ฉันสามารถเห็นภาพเส้นทางปัจจุบันเมื่อ Vbus, D + หรือ D- ได้รับผลกระทบจากชีพจรบวกหรือลบ ESD เช่นการหมุนพวงมาลัยไดโอดไปข้างหน้าเพื่อทำการลบชีพจรหรือเบี่ยงเบนไปที่ TVS กลางสำหรับชีพจรบวกโปรดแก้ไขถ้าความเข้าใจของฉันปิด

อย่างไรก็ตามฉันไม่แน่ใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าขา GND ที่เปิดรับได้รับ zap

คำถาม:

1. การตี ESD เชิงลบบนขา GND จะมีผลเช่นเดียวกับชีพจรเชิงบวกต่อ Vbus เช่นการพังทลายของ TVS avalanche ส่วนกลางที่นำไปสู่การจับยึดหรือไม่

2. ในกรณีที่ ESD หยุดงานประท้วงใน GND, ไดโอดบังคับเลี้ยวและ / หรือ TVS ส่วนกลางจะทำการส่งต่อและส่งพลังงานทั้งหมด (ลบ 1 diode Vf drop, ถ้าสิ่งนั้นมีความสำคัญ) ไปยังส่วนที่เหลือของวงจร, ซึ่งทำลายความเสียหาย !? ฉันพยายามอธิบายสถานการณ์ด้านล่าง:

(รูปภาพที่แก้ไขจากลิงก์ที่อ้างถึงด้านบน)

แนวทางแก้ไขที่ฉันพิจารณา:

1. ตัดการเชื่อมต่อ Vbus จาก TVS กลางและแนะนำ TVS สองทิศทางแบบสแตนด์อโลนระหว่าง Vbus และ GND ด้วยการป้องกันแรงดันย้อนกลับที่ตามมาสำหรับวงจรที่เหลือ (เพื่อทนต่อ -Vclamp ของ bi-dir TVS) มันยังคงไม่สามารถป้องกันไดโอดพวงมาลัยได้จากการใช้งานและมีไดโอด TVS ทิศทางเดียวที่หลบหลีก GND บนหมุด IO แบบสัมผัสอื่น ๆ ซึ่งอาจส่งต่อความประพฤติ

2. แนะนำเฟอร์ไรท์บีดระหว่าง USB GND ที่เปิดเผยและวงจร GND สำหรับทุก ๆ ความต้านทานที่น้อยมากที่มันอาจมี!

ข้อเสนอแนะ / ความเข้าใจใด ๆ ยินดีต้อนรับขอบคุณ!

PS:

• เนื่องจากวงจรสามารถดึงพลังงานจาก Vbus จึงไม่สามารถเพิ่มตัวต้านทานแบบอนุกรมในลูป Vbus-GND

• การทดสอบตามแผนตามมาตรฐานIEC 61000-4-2ระดับ 4 (การติดต่อ 8 / 15kV / การระบายอากาศ) อุปกรณ์จะทำงานโดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ในระหว่างการทดสอบโดยที่ไม่ได้เชื่อมต่อสาย USB ดังนั้นจึงสามารถเข้าถึงพินทั้งหมดได้อย่างง่ายดายสำหรับการโจมตี ESD

สิ่งแรกที่ควรคำนึงถึงคือการทดสอบ ESD ควรทำในจุดที่ปกติสามารถเข้าถึงได้ในระหว่างการทำงานปกติ เมื่อคุณยังไม่ได้อธิบายสิ่งที่คุณกำลังสร้างในคำถามของคุณมันทำขึ้นสำหรับชนิดของคำตอบที่คลุมเครือ การทดสอบนั้นไม่ได้อธิบายไว้ในคำถามของคุณและสิ่งที่สำคัญที่สุดคือจุดเชื่อมต่อปืน ESD รูปแบบร่างกายมนุษย์คือด้วยความเคารพกับพื้นโลก

เมื่อคุณพูดว่าตีบวกคุณหมายถึงบวกด้วยความเคารพต่อพื้นดินหรือไม่ คิดบวกด้วยความเคารพอะไร? กระแสไฟฟ้าจะใช้เส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำสุดกลับไปยังแหล่งกำเนิด คุณต้องเชื่อมต่อด้านลบหรือกราวด์ของปืน ESD กับบางสิ่ง โดยปกติจะเชื่อมต่อกับกราวด์ดินหรือกราวด์แชสซี กระแสจะต้องเดินทางกลับไปยังแหล่งกำเนิดดังนั้นหากคุณกดกระดานด้วยปืน ESD ที่เชื่อมต่อกับพื้นดินมันมีเส้นทาง 'ศักยภาพ' หลายอย่างที่สามารถนำกลับมาได้ มีโล่ usb, usb กราวด์, สาย D + และ D-, Vbus และอากาศ อากาศเป็นตัวต้านทาน 10 ^ 6 ถึง 10 ^ 9 ที่มีความจุ pF ไม่กี่ตัว สาย D + และ D- มีอย่างน้อยความต้านทานของ Rt บวกสิ่งที่อยู่บนปลายขับรถของสายเคเบิล Vbus อาจจะมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอยู่ด้วยดังนั้นมันจะน้อยกว่า Rt

ดังนั้นคำตอบก็คือมันจะพาพื้นดินกลับไปยังแหล่งกำเนิด (ถ้าคุณมีปืน esd เชื่อมต่อกับพื้นดินและเส้นทางทั้งหมดจะเห็นได้บ้างระดับพื้นดินจะใช้กระแสมากที่สุด)

กลับไปที่การออกแบบ: เหตุผลทั้งหมดของการมีเกราะรอบ USB คือการปัดสัญญาณรบกวนและ ESD ให้ห่างจากสายกราวด์ที่ติดกับสายเคเบิล V + และ V- เนื่องจากการมีเพศสัมพันธ์แบบอุปนัยร่วมกันคุณสามารถรับทรานเซสชั่นบางอย่างที่ข้ามไปยังดาต้าไลน์และอย่างน้อยก็สร้างเสียงรบกวนที่ทำให้แพ็คเก็ตที่ถูกส่งออกไป

สิ่งที่ดีที่สุดคือการใช้โล่ป้องกันเสียงรบกวนและ ESD อยู่ห่างจากดาต้าไลน์และ usb พื้น สิ่งที่ดีที่สุดถัดไป (และไม่แนะนำ) คือการปัด ESD ลงไปที่กราวด์ของสายเคเบิล USB

หากมนุษย์ถูกจัดการ pcb ลองและออกแบบ pcb เพื่อให้พื้นดินเป็นสิ่งแรกที่เห็นได้จากเหตุการณ์ ESD สถานการณ์ในอุดมคติคือมีตัวเรือนโลหะที่ล้อมรอบอุปกรณ์ของคุณซึ่งเชื่อมโยงกับตัวป้องกัน usb หากคุณไม่สามารถมัดตัวยึดกับโล่ (ไม่แนะนำ) ให้มัดกับพื้น หากคุณลาดเทมีสิ่งที่แนบมาลองและใช้ยามแหวนและระนาบพื้นดินที่ดีต่อสุขภาพ

สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่คุณจะพบว่าไม่มีการคายประจุเนื่องจากไม่ได้ต่อสายดิน ซึ่งจะพิจารณาสถานการณ์การส่งผ่านสำหรับ ESD เว้นแต่ช่างเทคนิคจะช่วยคุณปล่อยลงดินหลังจากการปะทะกันทุกครั้ง

เพื่อให้ ESD สามารถทำให้เป็นกลางได้เร็วขึ้นให้เพิ่ม cap 10uF ระหว่าง Vbus และ Gnd ใกล้กับช่องเสียบ USB เมื่อ zap + 8kV ถึง Gnd หมวกจะปล่อยพลังงานเล็กน้อยเพื่อใช้พลังงาน ESD สิ่งที่ฉันไม่ต้องการคือการค้นหาการปลดปล่อยการเดินทางจากพื้นดินของฉันไปที่หมุดภาคพื้นดินในองค์ประกอบบางส่วนแล้วออกจากขาอุปทานของส่วนประกอบ

TVS ฐานเซรามิกกำลังจะมาถึงและเวลาตอบสนองของพวกเขาจะเร็วกว่า TVS ฐานไดโอดทั่วไป