Электростатический разряд на контакте заземления открытой цепи

Я разработал схему для устройства с батарейным питанием, которое имеет внешний USB-разъем для зарядки и передачи данных. Это нестандартный разъемный док-разъем USB без подключения к экрану, а вся схема размещена в пластиковом корпусе без возможности подключения корпуса / защитного заземления, как показано на рисунке ниже:

Для защиты от электростатического разряда я следовал почти точным рекомендациям по дизайну, приведенным здесь: http://www.semtech.com/images/promo/Protecting_USB_Ports_from_ESD_Damage.pdf

Я могу визуализировать текущий путь, когда на Vbus, D + или D- попадает положительный или отрицательный импульс ESD, т. Е. Направляющие диоды ведут вперед для отрицательного импульса или переключаются на центральный TVS для положительного импульса, пожалуйста, исправьте, если мое понимание не верно.

Однако я не уверен, что произойдет, если открытый контакт GND сам получит зап.

Вопросов:

1. Будет ли отрицательный удар ESD на выводе GND иметь такой же эффект, как и положительный импульс на Vbus, то есть пробой центральной лавинной TVS, приводящий к зажиму?

2. В случае положительного электростатического разряда на GND, будут ли диоды рулевого управления и / или центральный TVS направлять и передавать всю энергию (минус 1 диод Vf, если это вообще имеет значение) на остальную часть цепи, тем самым разрушая хаос !? Я попытался изобразить ситуацию ниже:

(Изображение изменено по ссылке, указанной выше)

Решения, которые я рассматриваю:

1. Отключите Vbus от центрального TVS и установите автономный двунаправленный TVS между Vbus и GND с последующей защитой от обратного напряжения для остальной части цепи (чтобы допустить -Vclamp двухканального TVS). Это все еще может не помешать проводящим диодам рулевого управления, плюс есть другие однонаправленные диоды TVS, шунтирующие к GND на других открытых выводах ввода / вывода, которые также могут передавать провод.

2. Введите ферритовый штырь между открытым USB-заземлением и заземлением цепи для любого мизерного сопротивления, которое он может обеспечить!

Любые предложения / идеи приветствуются, спасибо!

PS:

• Поскольку цепь может получать питание от Vbus, последовательные резисторы не могут быть добавлены в контур Vbus-GND.

• Запланированное испытание в соответствии с IEC 61000-4-2 , уровень 4 (контакт / воздушный разряд 8/15 кВ). Устройство будет работать от батареи во время тестирования без USB-кабеля, поэтому все контакты будут легко доступны для электростатического разряда.

Первое, что приходит на ум, это то, что тестирование ESD должно проводиться в точках, которые обычно доступны во время нормальной работы. Так как вы не описали, что вы строите, в вашем вопросе это дает своего рода неопределенный ответ. Тестирование также не описано в вашем вопросе, и самое главное, к каким точкам подключен пистолет ESD. Модель человеческого тела по отношению к земле.

Когда вы говорите «позитивный удар», вы имеете в виду «позитивный» по отношению к земле? Положительный по отношению к чему? Ток собирается пройти путь с наименьшим импедансом обратно к источнику. Вы должны подключить отрицательную или заземляющую сторону пистолета ESD к чему-либо. Обычно он подключен к заземлению или заземлению шасси. Ток должен идти обратно к источнику, поэтому, если вы ударите по плате с ESD-пистолетом, подключенным к земле, у него будет несколько «потенциальных» путей, которые он может вернуть. Есть USB-экран, USB-земля, D + и D- провода, Vbus и воздух. Воздух подобен резистору от 10 ^ 6 до 10 ^ 9 с емкостью в несколько пФ. Провода D + и D- имеют, по крайней мере, сопротивление Rt плюс то, что находится на приводном конце кабеля. Vbus, вероятно, будет иметь регулятор напряжения, поэтому он будет меньше, чем у Rt.

Таким образом, ответ таков: он вернет заземление обратно к источнику (если у вас есть ESD-пушка, подключенная к земле, и все пути до некоторой степени это увидят, земля будет брать большую часть тока)

Вернемся к дизайну. Основная причина наличия экрана вокруг USB состоит в том, чтобы шунтировать шум и электростатический разряд от заземляющего провода, который находится рядом с кабелями V + и V-. Из-за взаимной индуктивной связи вы можете получить некоторые переходные процессы, которые переходят на линии данных и, как минимум, создают шум, который выбивает отправленный пакет.

Лучше всего использовать щит, чтобы шунтировать шум и электростатический разряд подальше от линий передачи данных и USB-земли. Следующей лучшей вещью (и не рекомендуется) будет шунтирование ESD по заземляющему проводу USB-кабеля.

Если люди обращаются с печатной платой, попробуйте спроектировать печатную плату так, чтобы заземление - это первое, что увидит событие ОУР. Идеальной ситуацией было бы иметь металлический корпус, закрывающий ваше устройство, привязанный к экрану USB. Если вы не можете привязать корпус к экрану (не рекомендуется), то заземлите его. Если у вас нет корпуса, попробуйте использовать защитные кольца и хороший здоровый заземляющий самолет.

Для устройства с батарейным питанием вы в конечном итоге обнаружите, что оно не разряжено, поскольку оно не заземлено. Что является прохождением сценария для ОУР. Если техник не поможет вам сбросить на землю после каждого запуска.

Чтобы ускорить нейтрализацию ESD, добавьте 10 мкФ ограничение между Vbus и Gnd. Ближайший к разъему USB. Когда zap + 8 кВ к Gnd, крышка разряжается, чтобы получить энергию ESD. То, что я не хотел бы, это найти движение разряда от моей земли, перейти к выводу заземления в некотором компоненте и затем выйти из вывода питания компонента.

Приходят керамические базовые телевизоры, и их время реакции намного быстрее, чем у традиционных диодных базовых телевизоров.