Tấn công ESD vào pin mặt đất mạch tiếp xúc

Tôi đã thiết kế một mạch cho một thiết bị hoạt động bằng pin có đầu nối USB lộ ra bên ngoài để sạc và truyền dữ liệu. Đây là một đầu nối USB không chuẩn, có thể gắn được, không có kết nối lá chắn và toàn bộ mạch được đặt trong một vỏ nhựa không có khung vỏ / khả năng bảo vệ đất, giống như hình ảnh dưới đây:

Để bảo vệ ESD, tôi đã thực hiện gần như đề xuất thiết kế chính xác được cung cấp tại đây: http://www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

Tôi có thể hình dung đường dẫn hiện tại khi Vbus, D + hoặc D- bị tấn công bởi xung ESD dương hoặc âm tức là điốt tiến về phía trước cho xung âm hoặc chuyển hướng đến TVS trung tâm cho xung dương, vui lòng sửa nếu tôi hiểu.

Tuy nhiên, tôi không chắc điều gì sẽ xảy ra nếu chân GND bị lộ nhận được zap.

Câu hỏi:

1. Liệu một cuộc tấn công bằng âm tính vào pin GND có tác động tương tự như xung dương trên Vbus, tức là sự cố của TVS tuyết lở trung tâm dẫn đến kẹp?

2. Trong trường hợp có một cuộc tấn công ESD tích cực vào GND, các điốt lái và / hoặc TVS trung tâm sẽ tiến hành và truyền toàn bộ năng lượng (trừ đi 1 diode Vf, nếu điều đó quan trọng) cho phần còn lại của mạch, do đó phá hủy !? Tôi đã cố gắng miêu tả tình huống dưới đây:

(Hình ảnh được sửa đổi từ liên kết được trích dẫn ở trên)

Các giải pháp mà tôi đang xem xét:

1. Ngắt kết nối Vbus khỏi TVS trung tâm và giới thiệu TVS hai chiều độc lập giữa Vbus và GND với bảo vệ điện áp ngược tiếp theo cho phần còn lại của mạch (để chịu đựng -Vclamp của TVS bi-dir). Nó vẫn có thể không ngăn các điốt lái tiến hành, ngoài ra còn có các điốt TVS đơn hướng khác chuyển sang GND trên các chân IO tiếp xúc khác, cũng có thể chuyển tiếp tiến hành.

2. Giới thiệu một hạt ferrite giữa USB GND tiếp xúc và GND mạch cho bất kỳ trở kháng ít ỏi nào nó có thể cung cấp!

Bất kỳ đề xuất / cái nhìn sâu sắc đều được chào đón, cảm ơn bạn!

Tái bút

• Do mạch có thể lấy nguồn từ Vbus, nên các điện trở nối tiếp không thể được thêm vào trong vòng Vbus-GND

• Thử nghiệm theo kế hoạch theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-2 , Cấp 4 (tiếp xúc / xả khí 8 / 15kV). Thiết bị sẽ hoạt động bằng nguồn pin trong quá trình thử nghiệm mà không có cáp USB nào được kết nối, do đó tất cả các chân có thể dễ dàng truy cập đối với các cuộc đình công của ESD.

Điều đầu tiên xuất hiện là thử nghiệm ESD nên được thực hiện trên các điểm thường có thể truy cập trong quá trình hoạt động bình thường. Vì bạn không mô tả những gì bạn đang xây dựng, nên trong câu hỏi của bạn, nó tạo nên một câu trả lời mơ hồ. Việc kiểm tra cũng không được mô tả trong câu hỏi của bạn và điều quan trọng nhất là những điểm mà súng ESD được kết nối với. Các mô hình cơ thể con người là đối với mặt đất trái đất với.

Khi bạn nói tấn công tích cực, bạn có nghĩa là tích cực đối với mặt đất? Tích cực với những gì? Dòng điện sẽ đưa đường trở kháng thấp nhất trở về nguồn. Bạn phải kết nối mặt tiêu cực hoặc mặt đất của súng ESD với một cái gì đó. Thông thường nó được kết nối với mặt đất hoặc mặt đất khung gầm. Dòng điện phải quay trở lại nguồn, vì vậy nếu bạn chạm bảng với súng ESD được nối với mặt đất, nó có một số đường dẫn 'tiềm năng' mà nó có thể lấy lại. Có lá chắn usb, mặt đất usb, dây D + và D-, Vbus và không khí. Air giống như một điện trở 10 ^ 6 đến 10 ^ 9 với điện dung vài pF. Các dây D + và D- có ít nhất điện trở của Rt cộng với bất cứ thứ gì ở đầu dây cáp. Vbus có thể sẽ có một bộ điều chỉnh điện áp trên nó vì vậy nó sẽ ít hơn Rt.

Vì vậy, câu trả lời là, nó sẽ đưa mặt đất trở về nguồn (nếu bạn có súng esd kết nối với mặt đất và tất cả các đường dẫn sẽ nhìn thấy nó ở một mức độ nào đó, mặt đất sẽ chiếm phần lớn dòng điện)

Quay lại thiết kế: Toàn bộ lý do để có một tấm chắn xung quanh USB là để giảm tiếng ồn và tránh xa dây nối đất bên cạnh cáp V + và V-. Do khớp nối quy nạp lẫn nhau, bạn có thể nhận được một số quá độ xuyên qua các datalines và ở mức tối thiểu tạo ra tiếng ồn đánh bật gói tin được gửi đi.

Điều tốt nhất sẽ là sử dụng tấm khiên để loại bỏ tiếng ồn và ESD cách xa các datalines và usb ground. Điều tốt nhất tiếp theo (và không được khuyến nghị) sẽ là làm cho dây điện trở xuống dây cáp nối đất.

Nếu pcb đang được xử lý bởi con người, hãy thử và thiết kế pcb, vì vậy mặt đất là điều đầu tiên được nhìn thấy bởi một sự kiện ESD. Tình huống lý tưởng sẽ là có vỏ kim loại bao quanh thiết bị của bạn gắn với tấm chắn usb. Nếu bạn không thể buộc vỏ bọc vào tấm chắn (không được khuyến nghị) hãy buộc nó xuống đất. Nếu bạn không thể có vỏ bọc thì hãy thử và sử dụng vòng bảo vệ và một chiếc máy bay mặt đất tốt cho sức khỏe.

Đối với thiết bị hoạt động bằng pin, cuối cùng bạn sẽ thấy thiết bị không Xả vì nó không được nối đất. Đó là xem xét một kịch bản vượt qua cho ESD. Trừ khi kỹ thuật viên giúp bạn xả xuống đất sau mỗi lần hạ gục.

Để cho phép ESD trung hòa nhanh hơn, hãy thêm nắp 10uF giữa Vbus và Gnd. Gần đầu nối USB nhất. Khi zap + 8kV đến Gnd, nắp sẽ xả ra một chút để lấy năng lượng ESD. Những gì tôi không muốn là tìm thấy sự phóng điện từ mặt đất của tôi, đi đến một pin mặt đất trong một số thành phần và sau đó thoát khỏi chân cung cấp của thành phần.

TVS cơ sở gốm đang đến và thời gian phản ứng của chúng nhanh hơn nhiều so với TVS cơ sở diode thông thường.