Советы по защите от электростатического разряда для любителей дизайна

Наконец-то я приступил к разработке простых печатных плат для своих личных проектов, и меня беспокоит защита от электростатического разряда на незащищенных частях моей платы, таких как порты USB. Я знаю, как работают ремешки на запястье, и понимаю такие вещи, как зажимные диоды на современных входах CMOS IC (и многие статьи, которые я нашел, в основном только обсуждают эти вещи), но мне более любопытно узнать о дискретных устройствах защиты от электростатического разряда. Как я должен выбрать их и использовать их? Какие-нибудь общие учебники, которые обсуждают спектр устройств и как их применять? Я нашел несколько довольно хороших статей, в которых обсуждается, например, работа TVS, но в каких ситуациях они являются подходящим решением, почему я выберу их среди других устройств и т. Д.

Это удивительный вопрос, потому что он затрагивает две вещи, к которым у «новичков» (если можно) часто нет хорошего чувства:

• Насколько важна электрическая защита и кондиционирование
• Где поставить электрозащиту

Вот что вы должны сделать:

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

Любые линии ввода / вывода, которые выходят из вашей платы, могут быть подключены к источнику ESD - будь то другое устройство или человек. Самый простой способ защитить чистые выходы состоит в том, чтобы буферизовать их с помощью гейта (для этого нужно множество серий серий 74 и 4000), или в случае аналогового выхода - операционного усилителя. Для чистых входов вам понадобится резистор серии Зенера / TVS + как самый простой способ защиты таких линий.

Тем не менее, вы также должны иметь в виду, что большинство, если не все, микроконтроллеры и другие устройства, которые вы, возможно, захотите использовать, имеют встроенную защиту от электростатического разряда, иногда действительно очень полезную вещь. Они имеют как (микро) стабилитрон, так и защиту Шоттки-заземления / Шоттки-Vcc, которая в основном заботится обо всех ваших заботах. Чтобы улучшить ваш дизайн, вы все равно можете добавить последовательные резисторы около 1 кОм на исходящие и входящие линии - если это не влияет на работу.

Предупреждение: тот факт, что все входы / выходы MCOS CMOS имеют защиту, не означает, что все выходы имеют эту защиту. Например, выходы с открытым стоком (часто используемые для периферийных устройств I2C), как известно, чувствительны к электростатическому разряду и требуют дополнительной защиты входов.

Также очень чувствительны к ESD линии USB. Однако стандартного стабилитрона болота и особенно TVS будет недостаточно из-за сравнительно высокой емкости этих устройств. Для высокоскоростных автобусов требуются специальные защитные диоды, например NXP PRTR5V0U4D. Эти устройства - просто диоды Шоттки, идущие к вашим силовым шинам, поэтому вам необходимо дополнительно защитить источник питания от перенапряжения, если вы этого еще не сделали!

You should protect and condition all incoming power lines

Линии электропередач, безусловно, ваш злейший враг, когда дело доходит до разрушительных событий. Конечно, неисправность на вашей плате может привести к появлению избыточного тока и пожару - для этого мы используем предохранители. Всегда сплавляйте свои доски, если вы ожидаете, что такой сценарий возможен. Маловероятно - достаточно просто возможности. Не беспокойтесь о номинале предохранителя, он не должен быть точно согласован с ожидаемым током на вашей плате. Единственная функция предохранителей - предотвращать возгорание , поэтому убедитесь в этом!

$E=\frac{1}{2}LI^2$

Вот почему на линиях электропередач рекомендуется использовать TVS или MOV. Конечно, некоторая объемная емкость также очень приветствуется.

On-board protection and conditioning is very seldomly necessary

Начинающие часто сходят с ума от предохранителей и защитных устройств повсюду. В этом нет необходимости, особенно если пользователь или другой источник ОУР не будут когда-либо касаться этих линий. То же самое касается защиты от электромагнитных помех - часто просто не обязательно, и если у вас есть проблемы с электромагнитными помехами, обычно есть более эффективные способы их решения (например, снижение сопротивления источника / нагрузки с прекращением или буферизацией).