Какова цель защиты входа на USB (или вообще)?

Я видел довольно много случаев, когда диоды с обратным смещением используются для ограничения входных напряжений при возникновении пиков.

• Какое типичное напряжение обратного пробоя для диода используется в этом типе применения?

Похоже, что эти защитные диоды установлены не для защиты пользователя от большого приложенного напряжения, а для устранения всплесков напряжения, которые могут возникнуть в результате статических разрядов.

• Почему может возникать статический разряд, откуда этот избыточный заряд поступает из цепи (на печатной плате, а не с макетной платой, где человек может ввести разряд), и какова типичная величина напряжения?

• Почему бы также не рассмотреть возможность потенциально большого отрицательного напряжения, а также разместить обратные диоды от входной линии к Vcc?

Я проектирую простую коммутационную плату для контроллера, которая будет выводить данные через интерфейс USB. Благодаря моим исследованиям я обнаружил, что многие конструкции включают эти защитные диоды с обратным смещением на Vusb, D + и D-, но не все.

Опять же, если все это установлено на печатной плате, почему может произойти внезапный статический разряд и где он может возникнуть?

• Как часто происходят подобные события, и без этих диодов это может повредить схему?

• Лучше всего всегда включать эти защитные диоды или они не нужны время от времени? Если последнее, то какие особые случаи считают их ненужными?

• Будет ли работать какой-либо диод или должен использоваться определенный с определенным напряжением пробоя?

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Просматривая эти заметки приложения, один показывает

В то время как другой показывает нечто подобное, но без «верхнего» узла, подключенного к чему-либо. Это опечатка или подразумевается подключение к Vbus?

Забудьте о USB на мгновение, потому что эти устройства полезны в гораздо большем количестве приложений, чем просто USB. Во-первых, диоды в ваших первых двух примерах обычно не будут обычными сигнальными или стабилитронами. Обычно это специально предназначенные диоды для подавления переходных напряжений (TVS).

Диоды TVS бывают разных вкусов, но есть три основных параметра. Во-первых, максимальное обратное противодавление напряжения. Это рабочее напряжение. Для USB вы хотите быть очень близко к 5V. Следующее, что вы захотите посмотреть, это напряжение зажима. Опять же около 5В для USB. Обычно ток утечки значительно возрастает, когда напряжение зажима приближается к напряжению обратного отключения. Имейте это в виду, если это имеет значение в вашей заявке. Последний ключевой параметр - это пиковый обратный ток. Убедитесь, что он соответствует стандарту, который вы собираетесь тестировать.

При размещении диодов TVS на высокоскоростных сигнальных линиях следует помнить еще одну вещь: USB, HDMI, Ethernet и т. Д. Убедитесь, что диод TVS имеет низкую емкость. Существует множество диодов и матриц, подходящих для этой цели и имеющих емкость около 0,2 пФ.

Я собираюсь перейти к вашему второму примеру, так как мы говорим о USB здесь. Показанная схема была бы уместной, если показанные диоды зажимают около 5 В и пытаются использовать диоды TVS. Обычные стабилитроны недостаточно быстры для защиты от электростатических разрядов.

В вашем последнем примере вас вопрос, подключен ли верхний узел в Vbus и в соответствии с устройством технического описания , это не так . Если на какой-либо из сигнальных линий произошло положительное событие ESD, этот TVS зажмет его. Vbus TVS имеет более высокое напряжение зажима для шины питания.

Ты спрашивал,

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

Потенциальная проблема заключается в электростатическом разряде, возникающем снаружи печатной платы, поступающей через разъем USB. Пользователь может нести продукт через ковер или другой ESD-генератор и дотронуться до USB-разъема пальцем. Даже если к разъему USB подключен кабель, они могут коснуться разъема на другом конце кабеля и пройти через USB.

Это относится не только к разъемам USB, но и к любым разъемам, выходящим из продукта - даже к разъему питания.

Когда мы разрабатываем продукт для продажи и тестируем его на электромагнитные помехи и совместимость (EMI / EMC), испытательный центр вводит короткие 8000 В (8 кВ) слаботочные пики в каждый из разъемов, а затем проверяет, что устройство по-прежнему функционирует правильно. Устройства, показанные на вашей схеме, предназначены для защиты от разрядов этого уровня или выше. Без защиты от электростатического разряда устройство может не пройти этот тест.

Зачем получать сертификацию UL, которая может стоить тысячи долларов в тестовой лаборатории? Это законное требование? Нет, но многие розничные продавцы, такие как Walmart, не будут носить электронные продукты, если у них нет маркировки UL. В Европе эквивалентом является знак CE.