เคล็ดลับเกี่ยวกับการป้องกัน ESD สำหรับการออกแบบงานอดิเรก


15

ในที่สุดฉันก็เข้าสู่การออกแบบ PCB อย่างง่ายสำหรับโครงการส่วนบุคคลของฉันและฉันกังวลเกี่ยวกับการป้องกัน ESD ในส่วนที่เปิดเผยของบอร์ดของฉันเช่นพอร์ต USB ฉันรู้ว่าสายรัดข้อมือทำงานอย่างไรและฉันเข้าใจสิ่งต่าง ๆ เช่นแคโทดไดโอดในอินพุต CMOS IC ที่ทันสมัย ​​(และบทความจำนวนมากที่ฉันพบโดยทั่วไปแล้วพูดถึงสิ่งเหล่านั้นเท่านั้น) แต่ฉันอยากรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์ป้องกัน ESD โดยสิ้นเชิง ฉันจะเลือกพวกเขาและใช้มันได้อย่างไร? บทเรียนทั่วไปใด ๆ ที่พูดถึงสเปกตรัมของอุปกรณ์และวิธีการใช้มัน ฉันได้พบบทความดีๆที่น่าสนใจเกี่ยวกับวิธีการทำงานของ TVSes แต่ในสถานการณ์ใดที่พวกเขาเป็นทางออกที่เหมาะสมทำไมฉันถึงเลือกพวกเขาบนอุปกรณ์อื่น ๆ เป็นต้น


คำตอบ:


14

นี่เป็นคำถามที่ยอดเยี่ยมเพราะมันสัมผัสกับสองสิ่งที่ 'ผู้เริ่มต้น' (ถ้าฉัน) มักจะไม่มีความรู้สึกที่ดีสำหรับ:

  • การป้องกันและปรับสภาพไฟฟ้าสำคัญอย่างไร
  • ป้องกันไฟฟ้าได้ที่ไหน

นี่คือสิ่งที่คุณควรทำ:

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

บรรทัด I / O ใด ๆ ที่ออกจากบอร์ดของคุณอาจเชื่อมต่อกับแหล่งที่มาของ ESD ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์หรือบุคคลอื่น วิธีที่ง่ายที่สุดในการปกป้องเอาท์พุทบริสุทธิ์คือการบัฟเฟอร์ด้วยเกต (จำนวนชิ้นส่วนของชุด 74 และ 4000 ที่จะทำ) หรือในกรณีของเอาต์พุตอะนาล็อกจะเป็น opamp สำหรับอินพุตบริสุทธิ์คุณจะต้องใช้ตัวต้านทานซีเนอร์ / TVS + ซีรีส์เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการปกป้องสายดังกล่าว

อย่างไรก็ตามคุณควรจำไว้ว่าส่วนใหญ่ถ้าไม่ทั้งหมดตัวควบคุมขนาดเล็กและอุปกรณ์อื่น ๆ ที่คุณอาจต้องการใช้มีการป้องกัน ESD ในตัวบางครั้งสิ่งที่ดีจริงๆ พวกเขามีทั้งซีเนอร์ (ไมโคร) และการป้องกัน schottky-to ground / schottky-to-Vcc ซึ่งโดยทั่วไปจะดูแลความกังวลของคุณทั้งหมด เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งให้กับการออกแบบของคุณคุณอาจต้องการเพิ่มตัวต้านทานแบบอนุกรมประมาณ 1kohm ในสายขาออกและขาเข้า - ถ้าสิ่งนี้ไม่ส่งผลต่อการทำงาน

คำเตือน: ความจริงที่ว่า MCU CMOS ทั้งหมดใน / เอาท์พุทมีการป้องกันพวกเขาไม่ได้หมายความว่าเอาท์พุททั้งหมดมีการป้องกันนี้ ตัวอย่างเช่นเอาต์พุตแบบ open-drain (มักใช้สำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วง I2C) มีความไวสูง ESD และต้องมีการป้องกันอินพุตเพิ่มเติม

นอกจากนี้ ESD ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงก็คือสาย USB อย่างไรก็ตามซีเนอร์ bog มาตรฐานและโดยเฉพาะอย่างยิ่ง TVS จะไม่พอเพียงเพราะความจุสูงของอุปกรณ์เหล่านี้ รถบัสความเร็วสูงจำเป็นต้องมีไดโอดป้องกันเฉพาะทางเช่น NXP PRTR5V0U4D อุปกรณ์เหล่านี้เป็นเพียงไดโอด Schottky ไปยังรางไฟของคุณดังนั้นคุณต้องมีการป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินเพื่อป้องกันแหล่งจ่ายไฟเช่นกันหากคุณยังไม่ได้ทำเช่นนั้น!

You should protect and condition all incoming power lines

สายไฟฟ้าเป็นศัตรูที่เลวร้ายที่สุดของคุณเมื่อพูดถึงเหตุการณ์ทำลายล้าง แน่นอนว่าการทำงานผิดปกติบนบอร์ดของคุณอาจทำให้เกิดกระแสไฟเกินและทำให้เกิดไฟไหม้ - นี่คือสิ่งที่เราใช้ฟิวส์ ฟิวส์ออกจากบอร์ดของคุณทุกครั้งถ้าคุณคาดว่าสถานการณ์ดังกล่าวจะเป็นไปได้ ไม่น่าเป็นไปได้ - แค่ความเป็นไปได้ก็พอ ไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับคะแนนฟิวส์มันไม่จำเป็นต้องจับคู่อย่างแน่นหนากับการจับกระแสของบอร์ดของคุณ ฟังก์ชั่นเดียวของฟิวส์คือป้องกันไฟไหม้ดังนั้นอย่าทำเช่นนั้น!

E=12Lผม2

นี่คือเหตุผลว่าทำไมในสายไฟฟ้า TVS หรือ MOV จึงเป็นวิธีปฏิบัติที่ดีในการรวม แน่นอนความจุจำนวนมากก็ยินดีต้อนรับเช่นกัน

On-board protection and conditioning is very seldomly necessary

ผู้เริ่มต้นมักจะไปถั่วโดยสิ้นเชิงกับฟิวส์และอุปกรณ์ป้องกันทุกที่ สิ่งนี้ไม่จำเป็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากไม่มีทางที่ผู้ใช้หรือแหล่งอื่น ๆ ของ ESD จะสัมผัสกับสายเหล่านี้ การป้องกัน EMI แบบเดียวกันมักไม่จำเป็นและถ้าคุณมีปัญหา EMI มักจะมีวิธีที่ดีกว่าในการแก้ปัญหาเหล่านี้ (เช่นการลดความต้านทานของแหล่งที่มา / ความต้านทานโหลดด้วยการเลิกจ้างหรือการบัฟเฟอร์)


1
"ฟังก์ชั่นเดียวของฟิวส์คือการป้องกันไฟ" - ส่วนใหญ่เป็นจริง แต่ไม่เป็นความจริงในอุปสรรคซีเนอร์สำหรับการใช้งานในก๊าซที่อาจระเบิดหรือบรรยากาศฝุ่น - ฟิวส์ป้องกันซีเนอร์ไม่สามารถเปิดวงจร
แอนดี้อาคา
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.