Почему горячее подключение взрывается, и как это предотвратить?

Я сделал очень глупую ошибку с горячей заменой вещей много раз прежде. Моя проблема в том, что я поспешил, и мне так легко забыть, что у меня включен Arduino или подключены другие дорогие микросхемы или оборудование.

Сегодня я подключил ШИМ-вход моего ESC к цифровому выводу Arduino. Я видел волшебный дымок. Пока, пока группа цифровых пинов! Я ненавижу себя сейчас.

Почему вещи не любят горячее подключение?

Есть ли простой способ защитить меня от этого?

Два других эффекта, в дополнение к уже упомянутым, могут нарушить очень деликатную схему:

-Экранированные кабели и коаксиальные кабели на самом деле являются конденсаторами, которые могут удерживать заряд. Этот заряд может быть неверно истолкован как сигнал и вызвать нежелательные изменения состояния (например, сбой процессора) или даже ...

-Latchup. При питании от микросхемы некоторые типы незащищенных входов CMOS не могут выдерживать никакого напряжения выше напряжения питания даже в течение микросекунд, поскольку это вызовет эффект положительной обратной связи (все устройство внезапно выглядит как тиристор с приложенными этими напряжениями), оставляя устройство в аварийное состояние или даже действие в качестве короткого замыкания через его рельсы питания.

Обратите внимание, что два штифта с обеих сторон длиннее, а два в центре короче. Это гарантирует, что соединения сделаны в правильном порядке (и также сломаны в правильном порядке при отключении).

Если разъем не предназначен для горячего подключения, такой гарантии нет.

Заказ, который вы хотите:

• Во-первых, Земля / Щит.

Это гарантирует, что обе стороны согласны с тем, что такое «0 В», а также безопасно разряжает любое статическое электричество. Иногда видна крошечная искра. Вы не хотите сначала подключать чувствительные к ESD контакты!

• Во-вторых, блок питания.

• В-третьих, сигналы

Заказ очень важен. Вы действительно хотите избежать подачи напряжения на сигнальные штырьки микросхемы без питания, поскольку тогда ток будет протекать через защитные диоды ESD, а микросхема будет питаться от своих выводов ввода-вывода. Это может повредить чип.

Кроме того, если заземление подключается последним, то сигнальные линии вместо этого будут действовать как земля, и в них будет течь ток. Если устройство содержит микросхемы 3V3 с питанием от LDO от + 5V от USB и заземление не подключено, кто знает, какие напряжения внутри устройства будут ...

Отличным примером того, как НЕ делать этого, являются аудио разъемы RCA.

Обратите внимание, как наконечник вступает в контакт первым. Я уверен, что вы сделали это раньше. Громкоговорители издают очень громкий гул, пока основания не соединены.

почему вещи не любят горячее подключение?

Это потому, что контакты подключаются в неправильном порядке.

Поскольку вы упоминаете ESC, я думаю, у вас достаточно большие напряжения и токи, чтобы жарить некоторые чипы. В этом случае, если не соединить землю первым, это может повредить ...

Есть ли простой способ защитить меня снова?

Используйте разъем, безопасный для горячей замены. Если он не несет блок питания, только сигналы и заземление, то вы могли бы обойтись без резисторов с большим значением на сигнальных линиях ... но это взлом.

К сожалению, эти разъемы очень редки. Заголовки, подобные тем, которые используются с Arduino, предназначены для того, чтобы быть частью готового продукта, который будет подключен только во время производства, поэтому он не будет безопасным для горячей замены.

Разъемы с поддержкой горячего подключения будут доступны по обычным стандартам (USB, HDMI и т. Д.), Но это не то, что вам нужно для вашего приложения.

Итак, я полагаю, что вы застряли, делая это осторожно, выключая питание перед тем, как связываться со схемой ...

Горячая замена плоха по нескольким причинам:
1) Если вы подключаете Vcc до того, как ток земли может протекать в вашу цепь аномальными способами. Например, если Vcc подключен и цифровой или аналоговый контакт перед землей, питание может поступать в Vcc и выходить из контакта, что может привести к короткому замыканию этого контакта и перегоранию этой части цепи.

2) Может вызвать «сглаживание» из-за временного падения напряжения на системной шине или блоке питания.

3) При отключении катушек индуктивности в цепи или кабелях может наблюдаться высокое напряжение при отключении.

(У меня был кабель, который не мог быть заменен в горячем состоянии в продукте, сервисные представители которого могли бы выполнить горячую замену при аварии. Из-за взаимной индуктивности в кабеле (и неправильной конструкции кабеля с прямыми проводами, идущими рядом друг с другом на метр или около того ) это вырвет цифровые драйверы с обеих сторон кабеля. При дальнейшей проверке было обнаружено, что при отключении кабеля цифровая линия CMOS поднимется до 7 В!)

Я также имел большой успех в реализации обеих стратегий ниже. Одна вещь, которую вы можете сделать в дизайне, если ваша собственная система горячей замены - найти стандартный разъем (я использовал sca2 для моей шины, но вы могли бы использовать sata или другой стандартный разъем, просто убедитесь, что люди понимают, что они не могут подключить другие вещи в это).

Схема предварительной зарядки:

Длинный контакт и ограничивающий ток резистор можно использовать для ограничения пускового тока для устройства. Длинная булавка спаривается первой; ограничение тока должно быть установлено так, чтобы шины питания хост-системы оставались в пределах спецификации, но устройство заряжается должным образом, прежде чем контакты питания и сигнальные контакты установят соединение. Необходимо соблюдать осторожность при выборе значения резистора предварительной зарядки, следующие сценарии показывают некоторые распространенные проблемы: Если значение резистора предварительной зарядки слишком мало, устройство все равно будет потреблять слишком большой ток при вставке, что приведет к падению шин питания системы вне регулирования.

Контроллер горячей замены

ИС контроллера горячей замены контролирует пусковой ток на устройстве. Контроллеры с горячей заменой обычно включают в себя электронное плавление, и в приложениях с высоким током может быть трудно различить пусковой ток и короткое замыкание. Компоненты дороже, чем резисторы с предварительной зарядкой, и в некоторых случаях использование более активных компонентов в системе может вызвать проблемы с надежностью.

Изображение и текстовый источник: вопросы дизайна для горячей замены

Это действительно зависит от схемы и в некоторых случаях от самого разъема.

Когда вы отключаете или подключаете что-то, соединения не все происходят одновременно. Это означает, что во время процесса существует непредсказуемое состояние соединения. Некоторые из этих соединений могут подавать большие напряжения или большой ток там, где вы действительно не хотите, чтобы они были. Хуже того, разъемы, как правило, крепкие, а это означает, что пользователь шевелит ими, чтобы заставить их разойтись, создавая еще больше случайных изменений и разрывов в процессе.

Некоторые разъемы, такие как краевые разъемы карты, также известны тем, что они закорачивают соседние контакты при вставке или извлечении до их правильного сопряжения. Никогда не следует даже думать о подключении или отключении одного из них в горячем состоянии.

Если все, что отключается, не заботится, например, о двухконтактном штепселе, идущем к светодиоду с простым подтягивающим приводом, ничего плохого не произойдет, если вы не отключите его с помощью ESD. Но большинство вещей не так надежны.

Конечно, вы можете проектировать вещи с возможностью «горячей» замены, но это сложно и дорого, и не работает в течение большей части срока службы продукта, и это трудно обосновать, если это не является специфическим требованием к дизайну.

При этом системы всегда должны быть спроектированы таким образом, чтобы при включении питания, когда датчик A не подключен, выход B не переходил в какое-либо состояние, зависящее от этого датчика. Если потеря этого датчика вызовет сбой или опасность, необходимо добавить соответствующие меры для обнаружения этой потери и постепенного перехода в безопасное состояние.

Но, как правило, если вы ДЕЙСТВИТЕЛЬНО не знаете, что МОЖЕТ произойти, не используйте горячую замену!